Energie aus Licht als quantenmechanischer Vorgang

Mitarbeiter des zum Nationalen Forschungsrat CNR gehörenden Istituto Nanoscienze und des Istituto di Fotonica e Nanotecnologie haben eine wichtige Entdeckung auf dem Gebiet der erneuerbaren Energien gemacht. Danach erweist sich die Umwandlung von Sonnenlicht in elektrischen Strom weniger als ein Problem der klassischen Physik als vielmehr der Quantenmechanik.

Initialisierung entscheidend

„Entscheidend bei den Prozessen der Photosynthese und Photovoltaik ist die Initialisierung“, erklärt Projektleiter Carlo Andrea Rozzi. Während dieser auch als „Light-Harvesting“ bekannten Startphase wird die in den Rezeptor-Molekülen entstehende Energie auf die weiter entfernten Moleküle übertragen. Die Wissenschaftler in Modena haben zur Nachbildung dieser Vorgänge einen künstlichen Light-Harvesting-Prototypen gebaut. Es handelt sich um eine aus einem Lichtrezeptor und zwei Stromkollektoren bestehende Einheit.

„Wir haben festgestellt, dass die Übertragung der elektrischen Spannung auf die anderen Moleküle durch einen quantenmechanischen Vorgang bestimmt wird“, so der Wissenschaftler. Es handle sich um eine Art geordenter kollektiver Schwingungsbewegung von Elektronen und Atomkernen. Während der Versuchsreihe konnte in einer bisher noch nicht dagewesenen Genauigkeit nachgewiesen werden, dass durch das Sonnenlicht angeregte Moleküle in wenigen Trilliardstel von Sekunden in ein Potentialgefälle umgewandelt werden können.

Breite Wissenschafts-Kooperation

„Der Wirkungsgrad dieser Vorgänge hängt entscheidend von der Flexibilität der Molekularstrukur ab, die den Rezeptor mit dem Akzeptor verbindet“, unterstreicht Rozzi abschließend. Anhand der Erkenntnisse ergäben sich neue Wege, um effizientere Photovoltaiksysteme und innovative Brennstoffzellen zu entwickeln. Die Studie wurde in Kooperation mit dem Mailänder Polytechnikum sowie den Universitäten von Modena und Oldenburg durchgeführt. Einzelheiten sind in „Nature Communications“ http://nature.com/ncomms/index.html nachzulesen.