Ungewöhnlicher Speicher für Solarstrom

Singapur (Singapur) - In Solarzellen erzeugt Sonnenlicht freie Ladungsträger, die als photovoltaischer Strom abgegriffen und genutzt werden können. Sobald kein Licht mehr auf die Solarzellen fällt, endet dieser Prozess sofort. Doch in einem neuartigen Nanomaterial, das Forschende aus Singapur und China entwickelt haben, konnte nun ein neues und länger währendes photoelektrisches Phänomen beobachtet werden: die Speicherung von Ladungsträgern über mehrere Tage. In der Fachzeitschrift „Physical Review Letters“ erläutern die Wissenschaftler die Details und sehen einen möglichen Einsatz in optischen Datenspeichern oder winzigen Kraftwerken für autarke Sensoren.

„Aufladbare Photoleitfähigkeit“ tauften Yuncheng Jiang von der Suzhou University of Science and Technology, Cheng-Wei Qiu von der National University of Singapore und ihre Kollegen weiterer Universitäten ihren neu entdeckten Effekt. Dabei wurden durch einfallendes Licht wie in einer Solarzelle negativ und positiv geladene Ladungsträger – also Elektronen und Elektronenlöcher – erzeugt. Diese Ladungsträger gingen jedoch ohne Beleuchtung nicht sofort wieder über eine Art Wiedervereinigung – der Rekombination von Elektronen und Löchern – verloren. Vielmehr konzentrierten sich die Ladungsträger in dem Nanomaterial und konnten sogar nach sieben Tagen bei einer angelegten Spannung von fünf Volt als Strom von immerhin knapp drei Milliampere nachgewiesen werden.

Von zentraler Bedeutung für diesen neuen Speichereffekt war offenbar der Aufbau des Nanomaterials. So kombinierten die Forschenden eine nur 40 Nanometer dünne Schicht aus Wolframselenid mit einem Strontiumtitanat-Kristall. Bei Bestrahlung mit blauem Laserlicht wurden in der Wolframselenid-Schicht die elektrischen Ladungsträger erzeugt. Auf dem Strontiumtitanat bildete sich parallel ein so genannten zweidimensionales Elektronengas auf. Im Grenzbereich zwischen Wolframselenid und Elektronengas entstand dabei der Speicher für die elektrische Ladungsträger, genau genommen für die positiv geladenen Elektronenlöcher.

Dieser Effekt der aufladbaren Photoleitfähigkeit ist zwar ein Ergebnis der Grundlagenforschung, könnte aber durchaus praktische Anwendungen nach sich ziehen. Jiang und Kollegen schlagen etwa optische Datenspeicher oder – durchaus näher an einer Umsetzung – eine winzige photovoltaische Stromquelle, die sowohl im Hellen als auch im Dunklen kleine Sensoren versorgen könnte. Solarzellen, die dank eines integrierten Speichers rund um die Uhr Solarstrom erzeugen, sind aus heutiger Sicht aber eher unwahrscheinlich.