Künstliche Photosynthese für Solarzellen

Um den Wirkungsgrad von Solarzellen weiter zu heben, arbeiten Wissenschaftler daran, mit Hilfe von künstlicher Photosynthese eine neue Generation von Lichtsammlern herzustellen.

Moderne Solarzellen verarbeiten maximal ein Viertel der auftreffenden Sonnenstrahlung zu elektrischem Strom. Der Rest geht als Wärme verloren. Die Photosynthese überführt Licht ebenfalls zunächst in elektrische Energie, die dann zur Synthese von Traubenzucker dient.

Dass hierbei weniger Verluste als in Solarzellen auftreten, liegt an Lichtsammelkomplexen, die Sonnenstrahlung auffangen und weiterleiten. Über die neuesten Entwicklungen auf dem Sektor berichtet das Magazin der Gesellschaft Deutscher Chemiker.

In einem ersten Schritt haben die Forscher natürliche Pigmente an kleine Metallpartikel, beispielsweise aus Silber gekoppelt. Diese elektromagnetischen Kopplungen erzeugen lokale Felder, welche die Sammelleistung der natürlichen Sonnenantennen um ein Vielfaches verstärken. „Hybridsysteme aus natürlichen Lichtsammelkomplexen und metallischen Nanopartikeln sind sehr aussichtsreiche Kandidaten für eine künstliche Photosynthese“, so Studien-Koautor Stephan Wörmke vom Institut für physikalische Chemie an der LMU-München, gegenüber pressetext.

„In der von uns publizierten Arbeit konnten wir feststellen, dass das Konzept funktioniert.“ Der Forschergruppe, der unter anderem auch Christoph Bräuchle, Leiter des Instituts für physikalische Chemie, Sebastian Mackowski und Hugo Scheer angehören, gelang es, ein solches Hybrid herzustellen. Der Ansatz sei ein allererster Schritt in die richtige Richtung, wie Wörmke meint. Bis zu einer industriellen Anwendung sei dies allerdings noch ein weiter Weg.

Das Ergebnis der Forschungsarbeit hat wichtige Implikationen für die Anwendung von Lichtsammelkomplexen in der künstlichen Phytosynthese. Einzel-Moleküluntersuchungen am PCP-Silber-Hybrid zeigen etwa, dass eine Anwendung in Solarzellen die Herstellung von metallischen Nanostrukturen mit optimierten Abständen und Orientierungen der Bestandteile voraussetzt.

Durch entsprechende Strukturierungstechniken sei dies prinzipiell möglich, kommen die Autoren zum Schluss. „Eine der größten Herausforderungen ist aber wohl, die Stabilität insbesondere der biologischen Komponenten für diese Hybride weiter zu verbessern“, erklärt der Forscher.