Energie aus Sonnenlicht: Universität Bayreuth erforscht Lichtaufnahme bei neuartigen molekularen Strukturen nach dem Vorbild der Natur

19.02.2012 / Archiv / Photovoltaik

Sonnenlicht für den eigenen Energiehaushalt zu nutzen, ist eine Fähigkeit, die Pflanzen und Bakterien im Laufe von Jahrmillionen entwickelt haben. Dabei spielen Pigmente eine herausragende Rolle. Denn sie enthalten Farbstoffe, die das Sonnenlicht mit hoher Effizienz aufnehmen und die auf diese Weise gewonnene Energie in den Organismus weiterleiten, berichtet die Universität Bayreuth in einer Pressemitteilung.Eine noch junge Forschungsrichtung mit dem Namen "Light Harvesting" (Lichternte) befasst sich mit der Frage, wie sich diese Prozesse im Laboratorium nachahmen lassen, und ob es künstlich herstellbare Strukturen gibt, die den natürlichen Substanzen überlegen sind. Sie sollten einen noch höheren Anteil des Sonnenlichts so aufnehmen,…

Zylinderförmige Polymerbürsten sind vielversprechend

Ein Experte auf diesem Gebiet ist der chinesische Polymerwissenschaftler Professor Dr. Jun Ling, der nun an der Universität Bayreuth mit dem Inhaber des Lehrstuhls für Makromolekulare Chemie II, Professor Dr. Axel Müller, zusammen arbeitet. Ling hat bereits eine Vielzahl von Riesenmolekülen synthetisiert und daraufhin überprüft, inwieweit sie zur Aufnahme von Lichtenergie imstande sind. Als besonders vielversprechend hätten sich dabei molekulare Strukturen erwiesen, welche die Form eines Zylinders haben und zur Molekülfamilie der Polymerbürsten zählen.

Ein derartiger Zylinder ist ungefähr 100 Nanometer lang. An seiner Außenseite befindet sich ein dichter Kranz von kettenförmigen Molekülen, die wie Arme nach außen gerichtet sind. Dadurch sehe die Struktur wie eine Flaschenbürste aus. Jeder einzelne Arm funktioniert wie eine Antenne für die Wellen des Sonnenlichts. An seinem äußeren Ende befindet sich eine Molekülgruppe, welche die Lichtenergie einsammelt.

Lichtenergie kann im Molekül zu elektrischem Strom oder zu chemischer Energie weiterverarbeitet werden

Da die aufgenommene Energie von hier aus ins Innere des Zylinders fließt, werden die Arme auch als Geber ("Donoren") bezeichnet. Im Zylinderinneren befindet sich als Längsachse des Polymers eine lange Molekülkette. Sie ist mit Molekülgruppen bestückt, die als Empfänger ("Akzeptoren") fungieren. Hier laufen alle Energieimpulse zusammen, die von den Antennen des Moleküls aufgenommen wurden. Aus dem Zylinderinneren heraus kann die Lichtenergie dann weiterverarbeitet werden – entweder zu elektrischem Strom oder zu chemischer Energie.

Interessante Anwendungsmöglichkeiten: Leuchtdioden, Sensoren, hochleistungsfähige Solarzellen

"Im Vergleich mit anderen, beispielsweise kugelförmigen Polymerbürsten erwarten wir eine deutlich erhöhte Lichternte", so Ling. "Je genauer wir die molekularen Prozesse bei der Gewinnung von Lichtenergie verstehen, desto besser können wir sie eines Tages für spätere Anwendungen nutzen."

Die derzeitigen Arbeiten gehören laut Ling noch zur Grundlagenforschung. Aber schon heute würden sich interessante Anwendungsmöglichkeiten abzeichnen, beispielsweise bei chemischen Sensoren oder organischen Leuchtdioden (OLED). Auch der Entwicklung von hochleistungsfähigen Solarzellen könnten die gewonnenen Erkenntnisse eines Tages zugute kommen, so die Forscher.