Erste Solarzelle komplett aus Kohlenstoff

Stanford (USA) - Statt aus Silizium oder lichtaktiven Kunststoffen konnten amerikanische Forscher eine allererste Solarzalle komplett aus Kohlenstoff fertigen. Dazu nutzen sie nahezu alle in den vergangenen Jahrzehnten entdeckten Kohlenstoff-Materialien, vom C-60-Fußballmolekül über Nanoröhrchen bis hin zu extrem dünnen Graphenschichten. Wie die Wissenschaftler in der Fachzeitschrift „ACS Nano“ berichten, können diese Solarzellen hohe Temperaturen von bis zu 600 Grad aushalten. Bescheiden ist bislang allerdings der Wirkungsgrad, da die Zelle bevorzugt infrarotes Licht in elektrischen Strom umwandelt.

„Kohlenstoff hat das Potenzial, eine hohe Leistung bei sehr geringen Kosten zu liefern“, sagt Zhenan Bao von der Stanford University. Mit ihren Kollegen baute sie alle Komponenten der Solarzellen aus günstigen Kohlenstoff-Materialien. Als lichtaktive Schicht wählten sie ein molekulares Sandwich aus C-60-Fullerenen und einwandigen Nanoröhrchen. Die obere Elektrode, durch die die Wärmestrahlung einfallen kann, fertigten sie aus einer Lage mit unsortiert angeordneten Nanoröhrchen. Die untere dagegen bestand aus Graphenschichten, einem Material, in dem sich die Kohlenstoffatome zu einer extrem dünnen, durchsichtigen und sehr gut leitfähigen Folie anordneten.

Unter normiertem, künstlichem Sonnenlicht erreichte der erste Prototyp allerdings nur einen sehr kleinen Wirkungsgrad von knapp einem halben Prozent. Eine Ursache dafür liegt darin, dass diese Solarzelle den sichtbaren Anteil des Sonnenlichts bisher nicht zur Stromgewinnung nutzen konnte. „Da haben wir noch einen weiten Weg vor uns“, gibt Bao zu. Aber mit optimierten Materialmischungen und Fertigungstechniken hofft die Wissenschaftlerin auf eine drastische Steigerung.

Unbestritten sind dagegen die Vorteile, die Solarzellen komplett aus Kohlenstoff bieten könnten. So lassen sie sich günstig in nasschemischen Verfahren herstellen und in Zukunft wahrscheinlich sogar drucken. Zudem halten sie neben hohen Temperaturen auch zahlreichen Chemikalien und starken mechanischen Belastungen stand, unter denen klassische Solarzellen aus Silizium oder lichtaktiven Polymeren längst zerstört wären. So haben Kohlenstoff-Solarzellen das Potenzial, in Umgebungen mit extremen Bedingungen eine Nische zu besetzen.