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News: Abgekupfert

Pflanzen sind Meister in der direkten Umwandlung von Sonnenlicht in chemisch gebundene Energie. Im raffinierten Antennensystem des Blattes leiten die grünen Chlorophyllmoleküle die Energie zu den Reaktionszentren weiter. Nun ist es einer Forschungsgruppe gelungen, diesen Transport in einem künstlichen System auf Nanoebene nachzubilden.
Im künstlichen System übernehmen Zylinder aus Zeolith die Antennenfunktion. Anstelle des Chlorophylls leiten gezielt eingesetzte Farbmoleküle die Energie weiter. Die natürlicherweise im Erdreich vorkommenden Zeolithe sind Mineralien mit verschiedenartigen Hohlraumstrukturen. Der Forschungsgruppe der Universität Bern gelang es im Rahmen des Nationalen Forschungsprogramms Nanowissenschaften, im Labor Zeolith-Minizylinder mit durchgehenden Röhrensystemen herzustellen. In jedem der weniger als ein Tausendstel Millimeter großen Zylinder ist Raum für rund 10 000 gleichgerichtete Röhrchen mit einem Durchmesser von etwa einem Nanometer. Die einzelnen Röhren sind mit je einer Kette aneinandergereihter Farbmoleküle gefüllt. Mittels Computersimulation wurden jene Farbmoleküle bestimmt, die exakt in den Hohlraum der Röhren hineinpassen. Das auf den Zylinder einfallende Licht wird von den Farbmolekülen in den Röhren an das Zylinderende transportiert.

Die mit grünem Farbstoff gefüllten Zeolithröhrchen wurden an den Zylinderenden mit einzelnen roten Farbmolekülen abgeschlossen. Diese Anordnung gestattete den experimentellen Nachweis des effizienten Energietransportes: Auf den Zylinder einfallendes Licht, das nur vom grünen Farbstoff aufgenommen wird, wandert entlang der grünen Moleküle, bis es beim roten angelangt ist. Das rote Farbmolekül nimmt die Energie auf, kann sie aber nicht mehr an das grüne Farbmolekül zurücksenden sondern strahlt, fürs Auge sichtbar, die Energie als rotes Licht aus.

Tests haben ergeben, daß dieser Transport erheblich schneller abläuft, als es bisher in Pflanzen festgestellt werden konnte. Nun versucht man, dieses effiziente Lichtleitsystem für eine neue Dünnschicht-Solarzelle zu nutzen. Herkömmliche Solarstromzellen aus Silicium müssen recht dick sein, um genügend Licht zu absorbieren. Lichtleitende Zylinder aus Zeolith, die auf eine dünne Siliciumschicht aufgebracht werden, wären dazu eine Alternative. Weil diese Zylinder kostengünstig herzustellen sind, könnte der heute noch teuren Solarzelle mit diesem Verfahren der Durchbruch gelingen.

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