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Modifizierte Solarzellen

Strom bei Sonne und Regen

22. April 2016, 11:33 Uhr | Matthias Heise

In den letzten Jahren wurden Solarzellen effektiver und kostengünstiger. Ein Nachteil bleibt jedoch: Bei Regen wird nur wenig Strom produziert. Forscher haben eine Allwetter-Solarzelle vorgestellt, die nicht nur durch Sonnenlicht, sondern auch durch Regentropfen angeregt wird.

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Für die Umwandlung von Sonnenenergie in Elektrizität entwickelte das Team von der Ocean University of China (Qingdao) und der Yunnan Normal University (Kunming, China) eine sehr effektiv arbeitende Farbstoff-Solarzelle. Damit auch bei Regen Elektrizität erzeugt werden kann, beschichteten sie diese mit einem hauchfeinen transparenten Film aus Graphen.

Graphen zeichnet sich durch außergewöhnliche elektronische Eigenschaften aus: Es ist elektrisch leitfähig und reich an Elektronen, die über die gesamte Schicht frei beweglich (delokalisiert) sind. In wässriger Lösung kann Graphen zudem mit seinen Elektronen positiv geladene Ionen binden (Lewis-Säure-Base-Wechselwirkungen). Diese Eigenschaft wird zum Beispiel genutzt, um Bleiionen und organische Farbstoffe aus Lösungen zu entfernen.

Dies hat die Forscher um Qunwei Tang inspiriert, Graphen-Elektroden zu verwenden, um Strom aus dem Aufprall von Regentropfen zu gewinnen. Regentropfen sind kein reines Wasser, sondern enthalten positiv und negativ geladene Ionen. Die positiv geladenen Ionen, wie Natrium-, Calcium- und Ammonium-Ionen, können an der Graphen-Oberfläche gebunden werden. An der Kontaktstelle zwischen Regentropfen und Graphen reichern sich auf der Wasserseite positive Ionen an, auf der Graphen-Seite frei bewegliche Elektronen. So entsteht eine elektrische Doppelschicht aus Elektronen und positiv geladenen Ionen – ein sogenannter Pseudokondensator. Die damit verbundene elektrische Potentialdifferenz reicht aus, um eine Spannung und einen Stromfluss zu erzeugen.