Weltweit liefern sich Forscher ein Wettrennen um die effektivsten Solarzellen – doch ob die besten Methoden jemals in großem Stil eingesetzt werden können, ist fraglich. Eine Solarzelle muss nicht nur gut arbeiten, sondern vor allem über einen langen Zeitraum mit gleichbleibender Qualität funktionieren. Licht und Sauerstoff aber sind für viele Materialien Gift, besonders für solche, die effektiv Sonnenenergie einsammeln.

Ein Forscherteam um Michael Strano vom Massachusetts Institute of Technology stellt jetzt einen Mechanismus vor, mit dem Solarzellen auch auf der Basis vergleichsweise empfindlicher Moleküle möglich sind. Die amerikanischen Forscher kreierten ein System aus verschiedenen Komponenten, die sich selbsttätig zu geordneten Strukturen zusammenfügen und nach Bedarf wieder trennen.

Als Modell für den aktiven Teil der Struktur diente das fotosynthetische Reaktionszentrum des Bakteriums Rhodobacter sphaeroides, in dem Licht ein Elektron anregt, das wiederum in einen Stromkreis überführt werden könnte. Die verschiedenen Moleküle dieses Komplexes werden im Laufe der Zeit durch Licht und Sauerstoff beschädigt und inaktiviert, so dass eine Solarzelle, die auf diesen Komponenten basiert, mit der Zeit ihre Leistung verliert.

Um dem abzuhelfen, entwickelten die Wissenschaftler ein Trägersystem auf der Basis von Kohlenstoffnanoröhren, Phospholipiden aus Zellmembranen und speziellen Strukturproteinen. Diese Komponenten fügen sich selbsttätig zu nanometergroßen Halterungen zusammen, an die das eigentliche Licht sammelnde Molekül nur noch andocken muss. Zuerst bilden die Lipide ein Stück Lipiddoppelschicht, um das sich das Membranprotein MSP (membrane scaffold protein) herumlegt wie die Haut um eine Scheibe Wurst. Diese Membranplacken wiederum lagern sich nebeneinander an die Kohlenstoffnanoröhren an. Zu guter Letzt nimmt das fotosynthetische Reaktionszentrum des Bakteriums auf den Phospholipid-Plattformen Platz.

Dieser Prozess geschieht selbsttätig, sobald alle Komponenten in Lösung vorhanden sind. Allerdings kehrt er sich in Gegenwart einer oberflächenaktiven Substanz um: Als die Forscher ein Salz der Cholsäure, einer Gallensäure, hinzugaben, lösten sich die komplexen Strukturen in ihre Einzelteile auf. Entfernten sie das kleine Molekül durch Dialyse wieder, bildeten sich die Nanosolarzellen neu.

Dieser Trick weist einen naheliegenden Weg zu selbst reparierenden Solarzellen: Sobald die Leistung eines solchen Aggregats zurückgeht, muss ein Techniker nur die Cholsäure zusetzen und den Ersatz für die zerstörten Reaktionszentren – und die Solarzelle würde sich wieder zusammensetzen, leistungsfähig wie am ersten Tag. (lf)