Eine Wohnung mit „intelligenten“ Wänden, die auf die Umweltbedingungen im Raum reagieren, eine Digitalkamera, die selbst im Dunkeln sehen kann oder Kleidung, die Sonnenenergie in elektrischen Strom umwandelt – ein neues, von kanadischen Wissenschaftlern entwickeltes infrarotsensitives Material könnte all diese Dinge könnten demnächst zur Realität werden lassen.
Ted Sargent, Professor für Elektronik und Computertechnologie an der Universität von Toronto und seine Kollegen berichten in der aktuellen Ausgabe der Zeitschrift Nature Materials, wie es ihnen gelang, Materie so maßzuschneidern, dass sie eine der unsichtbaren Komponenten der Sonnenstrahlen, die Infrarotstrahlung, ausnutzen kann.
„Wir erzeugten Partikel von Halbleiterkristallen, die genau zwei, drei oder vier Nanometer groß waren. Die Nanopartikel waren so klein, das sie in normalen Lösungsmitteln verteilt blieben, ähnlich wie Farbteilchen in einer Dispersionsfarbe“, erklärt Sargent. Die Forscher brachten dann die winzigen Teilchen dazu, das Licht bestimmter Wellenlängen zu absorbieren. Als Ergebnis erhielten sie so eine sprühfähige Massel, die als Infrarot-Detektor funktionierte.
Der Doktorand Steve MacDonald, der viele der Experimente ausführte, die letztendlich zur ersten aus einer Lösung erzeugten Infrarotsolarzelle der Welt führten, erzählt: “Der Schlüssel des Ganzen war es, die richtigen Moleküle zu finden, die sich um unsere Nanopartikel herum schlingen konnten. Zu lang und die Teilchen konnten ihren elektrische Energie nicht an unseren Stromkreis abgeben, zu kurz, und sie klumpten zusammen und verloren damit ihre nur im Nanometerbereich wirksamen Eigenschaften. Schließlich erwies sich eine Größe von einem Nanometer – acht Kohlenstoffatomen zu einer Kette aneinandergehängt – als optimal.“
„Die bisher existierende Technologie hat zwar bereits lichtempfindliche Materialien geschaffen, aus denen preiswerte Solarzellen, Displays und Sensoren produziert werden können, doch diese Materialien funktionieren bisher nur im Bereich des sichtbaren Lichts, so der Wissenschaftler. „Die gleichen Funktionen werden jedoch auch im Infrarot beispielsweise für Anwendungen im medizinischen Bereich oder für optische Kommunikation benötigt.“
Die jetzige Entdeckung könnte auch bei der Suche nach neuen Quellen erneuerbarer Energie helfen. Flexible, auswalzbare Solarzellen haben ein großes Potenzial, doch wie stark dieses Potenzial genutzt wird, bestimmen letztlich Effektivität, Flexibilität und die Kosten der Technologie, kommentiert Josh Wolfe, Investor in die Nanotechnologieforschung die neuen Ergebnisse. „ Diese flexiblen Solarzellen könnten die Hälfte des Sonnenspektrums einfangen, die bisher nicht genutzt wird.“
Ähnlich sieht dies auch Professor Peter Peumans von der amerikanischen Stanford Universität: „Unsere Berechnungen zeigen, dass mit weiteren Verbesserungen in der Effektivität, die Kombination von Infrarot und sichtbarem Licht dazu führen könnte, dass zukünftig bis zu 30 Prozent der Sonnenenergie genutzt werden kann, statt wie heute nur von den üblichen Kunststoffsolarzellen nur rund sechs Prozent.“
(University of Toronto, 10.01.2005 – NPO)
