Kohlenstoffröhrchen nutzt Lichtenergie um effektiv Elektronen freizusetzen Nanoröhrchen als Solarzelle - scinexx | Das Wissensmagazin
Anzeige
Anzeige

Kohlenstoffröhrchen nutzt Lichtenergie um effektiv Elektronen freizusetzen

Nanoröhrchen als Solarzelle

Nanoröhrchen-basierte Photodiode © Nathan Gabor

Mit einem Kohlenstoffnanoröhrchen statt dem konventionellen Siliziumhalbleiter haben amerikanische Forscher erstmals die grundlegenden Bausteine einer Solarzelle völlig neuen Typs produziert. Die jetzt in „Science“ vorgestellte Photodiode besteht aus nur einem Nanoröhrchen, das Licht extrem effektiv in elektrischen Strom umwandelt und diesen noch verstärkt. Dies eröffnet neue Möglichkeiten für zukünftige hocheffiziente Solarzellen.

Den Anstoß für den Versuch, ein Nanoröhrchen als Basis einer Solarzelle einzusetzen, gaben frühere Studien, in denen Wissenschaftler bereits eine Diode aus einem einwandigen Kohlenstoffnanoröhrchen erzeugt hatten. Diese war im Prinzip ein einfacher Transistor, der Strom nur in einer Richtung durchlässt. Wissenschaftler der amerikanischen Cornell Universität unter Leitung von Paul McEuen und Jiwoong Park fragten sich nun, was wohl passieren würde, wenn sie etwas Ähnliches bauten und es mit Licht bestrahlten.

Nanoröhrchen mit Laserstrahlen bombardiert

Für ihr Experiment nutzten die Wissenschaftler ebenfalls ein einwandiges Kohlenstoffnanoröhrchen, im Prinzip nichts anderes als eine aufgerollte Graphenschicht etwa von der Größe eines DNA-Moleküls. Das Röhrchen spannten sie zwischen zwei elektrische Kontakte und verbanden damit zwei elektrische Pole, einen positiven und einen negativen. Dann richteten sie Laserstrahlen verschiedener Farbtemperatur auf das Nanoröhrchen und maßen, wie viel elektrischer Strom erzeugt wurde.

Vermehrung der Elektronen

Es zeigte sich, dass das Nanoröhrchen deutlich mehr Strom fließen ließ, als erwartet. Dabei wirkte eine höhere eingestrahlte Energie in Form von Photonen sogar multiplizierend auf die Menge der fließenden Elektronen. Weitere Untersuchungen enthüllten auch, warum: Wegen der engen zylindrischen Struktur des Nanoröhrchens konnten sich die Elektronen nur einzeln hindurch quetschen. Dabei wurden sie angeregt und lösten weitere Elektronen aus der Struktur, die den Fluss und damit den Strom verstärkten.

Effektive Verwertung der Lichtenergie

Nach Ansicht der Forscher würden solche Nanoröhrchen eine fast ideale photovoltaische Zelle darstellen, weil sie allein durch den Einfluss des Lichts Elektronen quasi „vermehren“. Im Gegensatz zu konventionellen Solarzellen würden diese Nanozellen keine Restenergie in Form von Wärme verlieren. Teure Kühlung und geringe Effektivität wären damit kein Problem mehr.

Anzeige

„Wir haben hier nicht nur ein neues Material, wir haben es auch bereits in einer Anwendung eingesetzt – einer echten Solarzelle“, erklärt Nathan Gabor, Hauptautor der Studie.

Allerdings weist er darauf hin, dass sie zwar eine Solarzelle im Kleinstmaßstab hergestellt haben, es aber noch einiges an Arbeit erfordert, daraus eine echte, in größerem Maße wirtschaftlich nutzbare Anlage zu konstruieren. „Was wir hier beobachteten haben, ist aber, dass die Physik dafür vorhanden ist“, so Gabor.

(Cornell University, 11.09.2009 – NPO)

Anzeige

In den Schlagzeilen

Diaschauen zum Thema

Dossiers zum Thema

Nanoröhrchen - Kohlenstoffwinzlinge als Bausteine für Computer der Zukunft

News des Tages

Bücher zum Thema

Nanotechnologie für Dummies - Spannende Entdeckungen aus dem Reich der Zwerge von Richard D. Booker und Earl Boysen

Sonnige Aussichten - Wie Klimaschutz zum Gewinn für alle wird von Franz Alt

Erneuerbare Energie - von Thomas Bührke und Roland Wengenmayr

Laser - von Fritz K. Kneubühl und Markus W. Sigrist

Das Wunder des Lichts - DVD der BBC

Faszination Nanotechnologie - von Uwe Hartmann

Erneuerbare Energien und Alternative Kraftstoffe - Mit neuer Energie in die Zukunft von Sven Geitmann

Nanotechnologie und Nanoprozesse - Einführung, Bewertung von Wolfgang Fahrner

Top-Clicks der Woche

Anzeige
Anzeige