Verknüpfte Nanoröhrchen für effizientere Solarzellen

Winzige Kohlenstoff-Strukturen sollen die Verluste an Ladungsträgern verringern helfen.

Saitama (Japan) - Sonnenlicht erzeugt in Solarzellen elektrische Ladungsträger, die darauf als Solarstrom abgezapft werden können. Doch nicht alle diese Elektronen und Elektronenlöcher können genutzt werden. Dieses Problem wollen nun Forscher mit winzigen Strukturen aus Kohlenstoffnanoröhrchen in den Griff bekommen. Wie sie in der Zeitschrift "Science" berichten, gelang ihnen die Verknüpfung von Nanoröhrchen mit unterschiedlichen elektronischen Eigenschaften. In diesen bleiben die nützlichen Ladungsträger länger erhalten, um so in Zukunft die Wirkungsgrade von Solarzellen erhöhen zu können.

"Die Konstruktion von eindimensionalen Halbleiterstrukturen mit linearen Verknüpfungspunkten war bisher eine große Herausforderung", sagt Takanori Fukushima vom RIKEN-Forschungszentrum in Saitama in Japan. Doch zusammen mit seinen Kollegen aus Tokio, Osaka und Shanghai hat er einen Weg gefunden, diese winzig kleinen und hoch begehrten Strukturen im Labor herzustellen. Die Forscher ließen in speziellen Lösungsmitteln organische Substanzen miteinander reagieren. Dabei bildeten sich winzige Röhrchen aus Kohlenstoff, die nur wenige Millionstel Millimeter dick waren. An diese knüpften sie Kupfer-Ionen an, die als Keimzelle für ein weiteres Nanoröhrchen dienten. So entstand ein filigraner Kohlenstoff-Strang, der aus zwei Teilen mit deutlich unterschiedlichen, elektronischen Eigenschaften bestand.

Genau diese Verknüpfung von zwei elektronisch verschiedenen Nanostrukturen ist die Grundlage für eine lange Überlebensdauer von Ladungsträgern. Sie konnten bis zu fünfmal länger ungestört durch das Material wandern als in gleichmäßig aufgebauten Nanoröhrchen. Besonders Entwickler von flexiblen organischen Solarzellen könnten großes Interesse an diesem Ergebnis haben. Denn gelingt es ihnen, solche verknüpften Nanoröhrchen in ihre Zellen zu integrieren, ließe sich die Stromausbeute weiter erhöhen.

Heute hinken organische Solarzellen in punkto Wirkungsgrad den klassischen, aber starren Modulen aus Silizium deutlich hinterher. Doch mit der weiteren Entwicklung dieser Nanostrukturen mit einer langen Überlebenszeit für Ladungsträger könnten sie deutlich aufholen.