Nanopflänzchen tanken Sonnenenergie

Basistechnologie für neuartige Solarzellen

Um eine ihrer nützlichsten Fähigkeiten können Menschen die Grünpflanzen nur beneiden: die unkomplizierte, direkte Verwertung der Sonnenstrahlung im eigenen Energiehaushalt. Auch wenn wir das Sonnenlicht mittels Solarzellen „anzapfen“, bleibt die Ausbeute im Vergleich zur Fülle des Angebots an Strahlungsenergie recht gering. Statt auf ausgefeilte Konzepte für immer dünnere kristalline Siliziumschichten setzt Prof. Dr. Dirk Guldi vom Lehrstuhl für Physikalische Chemie I der Universität Erlangen-Nürnberg auf Kohlenstoff-Nanoröhren als Träger für eine wirksame Solartechnologie. Die Röhrchen werden mit molekularen „Anhängseln“ versehen, so dass sie Pflanzenstängeln mit winzigen Blättern gleichen.

Kohlenstoff-Nanoröhrchen bestehen aus einer einzigen Lage von Kohlenstoffatomen, die in Sechseckstrukturen zu einem dünnen, langen Hohlzylinder aufgerollt sind. Über einen molekularen „Anker“ und eine „Ankerkette“ können an der Außenwand Molekülgruppen befestigt werden, etwa Ferrocen, ein Komplex aus zwei Kohlenstoff-Ringen mit einem eingelagerten Eisenatom, oder Porphyrin, eine dem Chlorophyll chemisch nahe verwandte Molekülklasse. Beide Arten von Bausteinen verfügen über einen tendenziellen Überschuss an Elektronen und sind deshalb relativ leicht zur Abgabe eines Elektrons zu bewegen.

Fällt Licht auf die „belaubten“ Röhrchen, dann wandert, angeregt durch die Photonen, von jedem „Blatt“ eine negative Ladung zum „Stängel“. Bevor sich der ursprüngliche Zustand wieder herstellt, bleibt genügend Zeit, um diese abgewanderten Elektronen ableiten und nutzen zu können. Damit sind die ersten Voraussetzungen für die Entwicklung von Solarzellen auf der Basis von modifizierten Kohlenstoff-Nanoröhren gegeben.

Prof. Dr. Dirk Guldi hat im April 2004 in Nachfolge von Prof. Dr. Siegfried Schneider die Leitung des Lehrstuhls für Physikalische Chemie I in Erlangen übernommen. Zuvor war er am Radiation Laboratory der University of Notre Dame in den USA tätig. Seine Forschungsarbeiten zur langlebigen und effizienten Ladungstrennung in Nanoröhren und deren Einsatz als neue funktionale Materialien in der Nutzung von Sonnenenergie sind in Zusammenarbeit mit den italienischen Wissenschaftlern Francesco Paolucci (Bologna) und Maurizio Prato (Trieste) bzw. mit Norbet Jux (Universität Erlangen-Nürnberg, Institut für Organische Chemie) entstanden. Die ersten Ergebnisse dieser Grundlagenforschung wurden bereits mehrfach in Fachmedien vorgestellt.

Weitere Informationen:

Prof. Dr. Dirk M. Guldi
Lehrstuhl für
Physikalische Chemie I
Tel.: 09131/85 -27340
guldi@chemie.uni-erlangen.de