Neuartiger Speicher für Solarenergie

Fällt Sonnenlicht auf Solarzellen, erzeugt dies einen Strom, der sich direkt nutzen lässt. Sobald jedoch kein Licht mehr auf die Solarzellen trifft, endet dieser Prozess sofort und es fließt kein Strom mehr. Daher ist zur Speicherung von Solarenergie bislang stets ein separater Energiespeicher notwendig. In einem speziellen Nanomaterial haben Forscher nun ein neues Phänomen beobachtet: Die durch Licht erzeugten Ladungsträger ließen sich über mehrere Tage speichern und auch dann noch als Strom abgreifen, wie die Forscher in der Fachzeitschrift „Physical Review Letters“ berichten.

In ihren Experimenten untersuchte ein Team um Yucheng Jiang von der Suzhou University of Science and Technology ein spezielles Nanomaterial, mit dem sich sowohl Solarstrom erzeugen als auch speichern lässt. In diesem Material werden durch einfallendes Licht negativ und positiv geladene Ladungsträger erzeugt – genau wie in einer Solarzelle. Sobald eine herkömmliche Solarzelle jedoch nicht mehr beleuchtet wird, vereinigen sich diese Ladungsträger wieder, sodass kein Strom mehr fließen kann. In dem neuen Nanomaterial hingegen konnten die Ladungsträger sogar nach sieben Tagen noch nachgewiesen werden: Legte man nach dieser Zeit eine Spannung von fünf Volt an das Material an, ließ sich immerhin noch ein Strom von knapp drei Milliampere abgreifen.

Von zentraler Bedeutung für den neuen Speichereffekt, den die Forscher „aufladbare Photoleitfähigkeit“ nennen, war offenbar der Aufbau des Nanomaterials. So verwendeten die Forscher eine nur 40 Nanometer dünne Schicht aus Wolframselenid, in der sich elektrische Ladungsträger bilden, wenn man das Material mit blauem Laserlicht bestrahlt. Diese Schicht kombinierte das Team mit einem Kristall aus Strontiumtitanat. In diesem entstand ein sogenanntes zweidimensionales Elektronengas, in dem sich die Elektronen nur in zwei Richtungen bewegen konnten. Die Forscher gehen davon aus, dass sich die positiven Ladungsträger dadurch an der Grenze zwischen der Wolframselenid-Schicht und dem Elektronengas ansammelten und dort für mehrere Tage lang gespeichert blieben.

Eine mögliche Anwendung der aufladbaren Photoleitfähigkeit sehen die Forscher in winzigen photovoltaischen Stromquellen, die sowohl im Hellen als auch im Dunklen kleine Sensoren versorgen könnten. Für Solarzellen, die dank eines integrierten Speichers rund um die Uhr große Mengen an Solarstrom erzeugen, reicht der Effekt aus heutiger Sicht aber wahrscheinlich nicht aus.