Vorbild Natur: Solarzellen reparieren sich selbst

Forscher des Massachusetts Institute of Technology (MIT) haben mikroskopisch kleine Solarzellen entwickelt, die über erstaunliche Fähigkeiten verfügen. Sie können sich sowohl selbst zusammenbauen als auch selbst reparieren. Als Vorbild diente – wie so oft bei wissenschaftlichen Durchbrüchen – die Natur (Stichwort “Bionik”). Michael Strano, Professor für Chemieingenieurswesen am MIT und Leiter des Projekts, zeigte sich beeindruckt von den effizienten Selbstreparaturmechanismen von Pflanzenzellen.

Die mikroskopischen Solarzellen basieren im Wesentlichen auf einem Chemiecocktail mit Nanokomponenten. Synthetische, von den Forschern “Phospholipide” genannte Moleküle bilden mikroskopisch kleine Scheiben, an denen Moleküle mit der Fähigkeit, Sonnenlicht in Elektrizität umzuwandeln, andocken. Die Kombination aus Phospholipiden und Licht umwandelnden Molekülen nennen die Wissenschaftler Reaktionszentren.

Chemikalien sorgen für Spaltung und Zusammenbau

Die Reaktionszentren befinden sich in einer Lösung, wo sie sich an hohle Kohlenstoff-Nanoröhren heften, welche die Strom produzierenden Teilchen einheitlich ausrichten, wodurch alle gleichzeitig dem Sonnenlicht ausgesetzt werden. Über die Kohlenstoff-Nanoröhren werden die in der Lösung frei werdenden Elektronen schließlich kanalisiert.

Um die Selbstreparaturfähigkeiten der winzigen Solarzellen zu aktivieren, muss der Lösung mit den Nanoröhren schließlich noch eine Chemikalie beigemengt werden. Strano und sein Team verwendeten Tenside, um die winzigen Solarzellen zu zerlegen und wieder zusammenzusetzen.

Dabei handelt es sich um Chemikalien, wie sie unter anderem bei der Ölpest im Golf von Mexiko eingesetzt wurden, um Ölmoleküle aufzubrechen. Werden sie der Lösung hinzugefügt, spalten sich die winzigen Solarzellen in ihre Einzelteile auf. Werden die Tenside wieder aus dem Cocktail entfernt, so bauen sich die winzigen Solarzellen selbständig wieder zusammen.

Selbstreparierende Solarzellen verhindern Verschleißerscheinungen

Im Grunde imitieren die Forscher Tricks, welche die Natur über Jahrmillionen entwickelt hat, so Strano und verwies darauf, dass Solarzellen im Einsatz stark beansprucht würden. Aggressive Sonnenstrahlung führe immer zur Degeneration, die Lebensdauer von herkömmlichen Solarzellen sei aus diesem Grund beschränkt.

Durch die selbstreparierende Solarzellen-Lösung werde dieses Problem umgangen. Das regelmäßige Zerlegen und Zusammensetzen der in der Lösung vorhandenen Komponenten sorge dafür, dass die Licht sammelnden Elemente im Grunde immer brandneu seien. Die selbstreparierenden Solarzellen seien allerdings vom Wirkungsgrad her den derzeit effizientesten Modellen noch unterlegen. Für Strano liegt der Fokus des Projekts darauf, die Lebensspanne von Solarzellen zu erhöhen. Möglicherweise könne es den Forschern in Zukunft gelingen, unendlich lang haltbare Zellen zu produzieren.