Nanoantennen sammeln Sonnenenergie

Über 80 Prozent Wirkungsgrad lassen Solarzellen alt aussehen

US-Forscher haben ein neuartiges System entwickelt, um sehr effizient Solarenergie in elektrische Energie umzuwandeln. Es handelt sich um ein System aus Nanoantennen, die auf einer Plastikfolie aufgebracht sind. Damit wird Infrarot-Strahlung, also Wärme, in Strom umgewandelt und das nach Angaben des Idaho National Laboratory (INL) mit einer Ausbeute von über 80 Prozent. Das ist deutlich mehr, als derzeit mit Solarzellen bei sichtbarem Licht möglich ist und könnte auch bei Nacht oder mit anderen Wärmequellen als der Sonne Strom liefern. Ein weiterer Vorteil sei, dass die flexiblen Folien als stromproduzierende Hüllen von Handys und anderen Elektronik-Produkten geeignet wären. Auch die Herstellung des Systems sei günstig möglich, so das INL. Daher halten die Forscher es für möglich, dass ihr System Solarzellen komplett ablösen wird.

Statt sich auf sichtbares Licht und somit direkte Sonneneinstrahlung verlassen zu müssen wie Solarzellen, die im optischen Bereich arbeiten, nutzt das Nanoantennen-System infrarote Wärmestrahlung. Sie wird nachts von der Erde selbst abgegeben, nachdem diese tagsüber eingestrahlte Sonnenenergie gespeichert hat, und ist somit rund um die Uhr verfügbar. “Jeder Prozess in der Industrie erzeugt Abwärme”, meint weiters INL-Physiker Steven Novack. Auch diese könnte mittels Nanoantennen-Folien rückgewonnen und in Strom umgewandelt werden. Das flexible System könnte weiters für die Außenhüllen von Elektronikprodukten genutzt werden, um so beispielsweise Handys oder Media-Player mit Energie zu versorgen. Auch ein Einsatz als Kühlsystem ohne Bedarf an externer Energiezufuhr ist denkbar.

Die Nanoantennen können den Forschern zufolge aus einer Reihe von Materialien, darunter Gold, Mangan und Kupfer, gefertigt werden. Sie werden auf speziell behandeltes Polyethylen aufgebracht und schon auf einer Kreisfläche von rund 15 Zentimetern Durchmesser finden sich über zehn Mio. der winzigen Antennen. Der Fertigungsprozess sei günstig und liefere leistungsfähige Systeme. Tests zufolge würden über 80 Prozent der Energie im verwendeten Infrarot-Bereich umgewandelt – deutlich mehr als die rund 20 Prozent Ausbeute, die gängige Solarzellen im sichtbaren Bereich haben, so das INL. “In bestimmten Wellenlängenbereichen absorbieren aber auch Solarzellen fast 100 Prozent”, meint dazu Lukas Schmidt-Mende, Physikprofessor an der Ludwig-Maximilians-Universität München, im Gespräch mit pressetext. Insofern sei der INL-Vergleich nicht ideal.

Damit das System auch wirklich zur Stromgewinnung genutzt werden kann, ist laut INL noch ein Problem zu lösen. Die Nanoantennen würden durch die Infrarot-Einstrahlung Mrd.-mal pro Sekunde schwingen und entsprechend hochfrequenten Wechselstrom liefern. Um diesen in nutzbaren Gleichstrom umzuwandeln, sind sogenannte Gleichrichter erforderlich – doch können aktuelle Modelle dem INL zufolge die hohen Frequenzen nicht bewältigen. “Dieses Problem gibt es bei normalen Solarzellen nicht”, meint Schmidt-Mende. Für das vielversprechend klingende neuartige System könne es dagegen zu einer großen Hürde werden. Dafür sprechen auch Angaben des INL. Geeignete Nano-Gleichrichter müssten etwa 1.000-mal kleiner gefertigt werden als handelsübliche Modelle.

Der aktuelle Stand der INL-Forschung wird heute, Mittwoch, auf der American Society of Mechanical Engineers 2008 2nd International Conference on Energy Sustainability präsentiert

Willi Harhammer

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