Briefmarkengroße leuchtende Folie nach Anregung mit blauem Licht.
Bildrechte: TU Braunschweig/Alexander Pieper

Zukunft der Solarenergie Forscher entwickeln Sonnenkonzentrat-Folie

Selbstladende Elektro-Autos oder Wohnhäuser, die ihren eigenen Strom produzieren - sieht so die Zukunft aus? Daran arbeiten Forscher der TU Braunschweig mit der Entwicklung einer neuen Sonnenkonzentrat-Folie.

von Claudia Pupo Almaguer

Briefmarkengroße leuchtende Folie nach Anregung mit blauem Licht.
Bildrechte: TU Braunschweig/Alexander Pieper

Es geht um Stromversorgung durch Solarenergie. Da haben die Forscher der TU Braunschweig eine schöne Vision: Künftig könnten wir in Häusern mit bunten Fassaden leben, die den Strom, den wir verbrauchen, selbst generieren. Oder wir stellen unser E-Auto auf den Parkplatz in den Schatten und ein paar Stunden später ist es - trotz bewölktem Himmel - voll aufgeladen. Um das vielleicht eines Tages Wirklichkeit werden zu lassen, hat das Forscherteam um Prof. Peter Jomo Walla eine neue Kunststoff-Folie entwickelt, die mit Farbstoffen gespickt ist. Sie soll das Sonnenlicht großflächig einfangen und auf kleine Hochleistungssolarzellen lenken - und das deutlich effizienter als bisherige Solarenergie-Anlagen.

Prof. Peter Jomo Walla steht in seinem Labor, in dem er Farbstofffolien für Hochleistungssolarzellen entwickelt.
Bildrechte: TU Braunschweig / Kathrin Burghardt

Bisherige Systeme sind entweder einigermaßen günstig, aber nicht sonderlich effizient, wie zum Beispiel Siliziumsolarzellen oder aber sehr effizient und dafür sehr teuer. Mit unserem Ansatz könnten wir die Brücke zwischen sehr effizienten und sehr günstigen Materialien schlagen.

Prof. Peter Jomo Walla, TU Braunschweig

Ein Grundproblem der Solarenergie ist der sogenannte Wirkungsgrad. Der beschreibt das Verhältnis zwischen der eingesetzten Energie und der Nutzenergie und damit die Effizienz. Am Beispiel Solarenergie wäre die eingesetzte Energie die Sonnenstrahlung und die Nutzenergie dann elektrisch - also der Strom. Laut Walla ist das Potential der derzeit üblichen Siliziumphotovoltaik-Anlagen mit einem Wirkungsgrad von 25 ausgereizt. Daher der neue Ansatz: Statt Silizium nutzen die Forscher andere Verbindungen z.B. Gallium oder Indium, welche teurer, aber auch effizienter sind. Dazu kommt dann ein großflächiges, günstiges und auch sehr effektives Lichtsammelsystem - die neue Kunststoff-Folie - und schon ist man bei einem Wirkungsgrad von bis zu 45 Prozent.

Bei der Photosynthese abgeschaut

Die Natur war für uns schon so ein bisschen ein Vorbild. Auch in der Natur gibt es Lichtsammelkomplexe, die das Licht zunächst mal aufsammeln und dann per Energietransfer zu speziellen Pigmenten übertragen.

Prof. Peter Jomo Walla, TU Braunschweig
Eine farbstoffhaltige Kunststofffolie wird langgezogen. Dabei richten sich bestimmte Farbstoffmoleküle parallel zueinander aus und verbessern so die Fähigkeit der Folie, Licht aufzunehmen.
Eine farbstoffhaltige Kunststofffolie wird langgezogen. Dabei richten sich bestimmte Farbstoffmoleküle parallel zueinander aus und verbessern so die Fähigkeit der Folie, Licht aufzunehmen. Bildrechte: TU Braunschweig

Da aber in der Natur nicht immer die pralle Sonne direkt auf den Kollektor oder das Blatt scheint, kommt hier die bunte Kunststofffolie zum Einsatz. Sie wird von den Forschern in eine Richtung langgezogen und zwar so, dass sich die Farbteilchen in der Folie teilweise parallel zueinander ausrichten. Dadurch können sie einfallendes Licht viel besser aufnehmen und auch besser an eine Photovoltaik-Anlage weiterleiten.

Das funktioniere tatsächlich ähnlich wie bei der Photosynthese von Pflanzen. Mit der neuen Folie haben die Forscher der TU Braunschweig bewiesen, dass das für den blau-grünen Spektralbereich funktioniert. Wenn einmal das gesamte Spektrum des Sonnenlichts abgedeckt werden könnte, wären die Anwendungsmöglichkeiten enorm, so Walla:

Mich fasziniert unter anderem die Möglichkeit von selbstladenden Autos. Dort haben wir es mit wenig Fläche und schattigen oder diffus gestreuten Lichtbedingungen zu tun. Für solche Anwendungen wäre es fantastisch, hohe Effizienzen zu haben und trotzdem noch einigermaßen bezahlbar zu bleiben.

Prof. Peter Jomo Walla, TU Braunschweig

Doch bis dahin ist noch viel zu tun, sagen die Forscher selbst. Die Farbstoffe, die sie derzeit einsetzten, seien noch viel zu instabil, um sie großflächig zu verwenden. Deshalb testet das Team derzeit Farbstoffe, die zum Beispiel in Monitor-Displays zum Einsatz kommen und arbeitet deswegen mit dem Kavli Energy Nanoscience Institute der University of Berkeley in den USA zusammen. Das Ziel ist klar: großflächige und günstige Stromversorgung. "Die Sonne strahlt an nur einem halben Tag so viel Energie zur Erde, wie die Menschheit im ganzen Jahr verbraucht. Zurzeit nutzen wir noch viel zu wenig davon", so der Forscher.

Dieses Thema im Programm: MDR FERNSEHEN | Einfach Genial | 11. Oktober 2017 | 19:50 Uhr

Zuletzt aktualisiert: 21. Februar 2018, 09:42 Uhr