Vorbild Natur: Selbstheilende Solarzellen vorgestellt

Forscher des Massachusetts Institute of Technology (MIT) haben mikroskopisch kleine Solarzellen entwickelt, die über erstaunliche Fähigkeiten verfügen. Sie können sich sowohl selbst zusammenbauen als auch selbst reparieren. Als Vorbild diente – wie so oft bei wissenschaftlichen Durchbrüchen – die Natur.

„Ich war beeindruckt über die effizienten Selbstreparaturmechanismen von Pflanzenzellen“, erzählt Michael Strano, Professor für Chemieingenieurswesen am MIT und Leiter des Projekts.

Die mikroskopischen Solarzellen basieren im wesentlichen auf einem Chemiecocktail mit Nanokomponenten. Synthetische, von den Forschern „Phospholipide“ genannte Moleküle bilden mikroskopisch kleine Scheiben, an denen Moleküle mit der Fähigkeit, Sonnenlicht in Elektrizität umzuwandeln, andocken. Die Kombination aus Phospholipiden und Licht umwandelnden Molekülen nennen die Wissenschaftler Reaktionszentren.

Chemikalien sorgen für Zerfall und Zusammenbau

Die Reaktionszentren befinden sich in einer Lösung, wo sie sich an hohle Kohlenstoff-Nanoröhren heften, welche die Strom produzierenden Teilchen einheitlich ausrichten, wodurch alle gleichzeitig dem Sonnenlicht ausgesetzt werden. Über die Kohlenstoff-Nanoröhren werden die in der Lösung frei werdenden Elektronen schließlich kanalisiert.

Um die Selbstreparaturfähigkeiten der winzigen Solarzellen zu aktivieren, muss der Lösung mit den Nanoröhren schließlich noch eine Chemikalie beigemengt werden. Strano und sein Team verwendeten sogenannte Tenside, um die winzigen Solarzellen zu zerlegen und wieder zusammenzusetzen.

Dabei handelt es sich um Chemikalien, wie sie unter anderem bei der Ölpest im Golf von Mexiko (pressetext berichtete: http://pressetext.com/news/100430019/) eingesetzt wurden, um Ölmoleküle aufzubrechen. Werden sie der Lösung hinzugefügt, spalten sich die winzigen Solarzellen in ihre Einzelteile auf. Werden die Tenside wieder aus dem Cocktail entfernt, so bauen sich die winzigen Solarzellen selbsttätig wieder zusammen.

Sonnenlicht zerstört normale Solarzellen langsam

„Im Grunde imitieren wir Tricks, welche die Natur über Jahrmillionen entwickelt hat“, sagt Strano und verweist darauf, dass Solarzellen im Einsatz stark beansprucht werden. Aggressive Sonnenstrahlung führe bei Einrichtungen, die sie sammeln sollen, immer zur Degeneration. Die Lebensdauer von herkömmlichen Solarzellen ist aus diesem Grund beschränkt.

Durch die selbstreparierende Solarzellen-Lösung wird dieses Problem umgangen. Das regelmäßige Zerlegen und Zusammensetzen der in der Lösung vorhandenen Komponenten sorgt dafür, dass die Licht sammelnden Elemente im Prinzip immer brandneu sind. Was den Faktor Effizienz anbelangt, sind die selbstreparierenden Solarzellen den derzeit effizientesten Modellen allerdings noch unterlegen. „Uns geht es vor allem darum, die Lebensspanne zu erhöhen. Vielleicht schaffen wir es irgendwann, unendlich lang haltbare Zellen zu machen“, sagt Strano.