3-D-Solarzelle aus Glasfasern entwickelt

Forscher des Georgia Institute of Technology in Atlanta experimentieren mit einem neuen Typ Solarzelle, der Glasfasern und Nanoröhrchen kombiniert. Das erlaubt einen dreidimensionalen Aufbau und soll so die lichtempfindliche Oberfläche um ein Vielfaches vergrößern. Wie das Team um Zhong Lin Wang in einer aktuellen Studie berichtet, sei die Glasfaserzelle sechsmal effizienter als eine flächige Anordnung derselben Komponenten.

	© Angewandte Chemie / Wiley-VCH. Reproduced with permission Aufbau der Solarzelle Der Lichtstrahl wird im Innern der Glasfaser hin- und hergelenkt. So wollen die Forscher die Ausbeute erhöhen. Noch verwendete das Team um Wang Quartz-Glasfasern. In nächster Zukunft soll die Technik auf deutlich günstigere Polymerfasern übertragen werden.

Strom wird bei der Technik, die sich noch in einem frühen Versuchsstadium befindet, durch einen organischen Farbstoff gewonnen. Damit ist sie günstig und mit vergleichsweise wenig Energieaufwand herzustellen, leidet aber wie ähnliche Ansätze, die nicht auf die herkömmliche Silizium-Halbleiter-Fotovoltaik setzen, unter einem geringen Wirkungsgrad. Mit ihrem Aufbau erreichte das Forscherteam jetzt eine Effizienz von 3,3 Prozent. Kommerziell erhältliche Solarzellen erreichen einen Wirkungsgrad von rund 20 Prozent.

Zur Herstellung der Solarzelle brachten die Wissenschaftler auf die Glasfaser zunächst eine dünne Schicht aus Indiumzinnoxid auf. Sie dient dazu, das Licht aus der Faser herauszulenken, und fungiert gleichzeitig als Elektrode. Darauf ließen sie dann Nanoröhrchen aus Zinkoxid wachsen. Die nur wenige Mikrometer langen Schläuche bildeten einen dichten Wald aus senkrecht abstehenden Borsten und wurden in einem nächsten Schritt mit dem organischen Farbstoff ummantelt. Eine weitere Elektrode, diesmal aus Platin, komplettierte den Aufbau.

Versuche ergaben, dass das System dann am effektivsten arbeitet, wenn das Licht, wie bei Glasfasern üblich, von der Spitze her die Längsachse entlanggeleitet und auf seinem Weg in elektrischen Strom umgewandelt wird. Setzt man die Faser dagegen auf ihrer gesamten Länge der Sonneneinstrahlung aus, gehe zu viel Licht durch ungünstige Einfallswinkel verloren, so Wang und Kollegen.

Laut den Forschern ergeben sich daraus Vor- und Nachteile für eine mögliche Anwendung: Die zu Bündeln zusammengefassten Fasern müssten einerseits mit ihrem einen Ende immer dem Lauf der Sonne nachgeführt werden. Andererseits schrumpft dadurch die Gesamtfläche, die dem Licht ausgesetzt werden muss, erheblich, während der eigentlich wirksame Teil der Zelle zum Beispiel im Innern eines Gebäudes verborgen werde könnte. (jd)