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Solarenergie

Hybrid-Solarzelle mit Spinatprotein

Solarzellen

Eine Komponente aus dem Fotosynthesesystem von Spinat macht Solarzellen aus Silizium um ein Mehrfaches leistungsfähiger. Ein Team um David Cliffel von der Vanderbilt University in Nashville bedeckte die Photoanode einer Siliziumsolarzelle mit einer ein Mikrometer dicken Schicht aus isoliertem Fotosystem I, einem der Lichtsammelkomplexe in grünen Pflanzen. Diese Maßnahme erleichtert den Elektronentransport zur Gegenelektrode erheblich. Die Forscher berichten, dass die so konstruierte Solarzelle viermal so viel Strom fließen lässt wie ohne das Spinatprotein.

Das Fotosystem I ist ein chlorophyllhaltiger Proteinkomplex, der Licht nutzt, um Elektronen effektiv von einer Quelle zum Zielmolekül zu transportieren. In dem Solarzellenprototyp der Forscher transportiert der Proteinkomplex Elektronen zwischen zwei Halbleiterelektroden, so dass ein Strom fließt. Dadurch, dass das Licht sammelnde Zentrum des Fotosystems auf dem gleichen energetischen Niveau ist wie die Elektronen in der Anode, fließen die Elektronen sehr leicht auf den Proteinkomplex, wo sie mit Hilfe eines Photons erneut angeregt werden und mit einem Transportmolekül zur Gegenelektrode gelangen. Der Proteinfilm erhöht zwar den Widerstand des Aufbaus und reduziert so die erreichbare Spannung der Zelle, erhöht jedoch den Stromfluss um das Vierfache.

Dotiertes Silizium und das Fotosystem I ergänzen sich nahezu perfekt, schreiben die Autoren. In früheren Experimenten verwendeten sie Metalle als Träger, diese Konstruktionen jedoch lieferten nur ein Tausendstel des Stromflusses, den die Halbleiteranode erzeugte. Der Trick liegt darin, dass sich die Energieniveaus im Silizium präzise verschieben lassen, indem man Fremdatome ins Gitter einbaut. Mit dieser Dotierung gelang es den Forschern, das Silizium exakt auf die Energie des Fotosystems I einzustellen. Nun wollen die Forscher einen Prototyp dieser Hybridsolarzelle konstruieren.

36. KW 2012

Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum - Die Woche, 36. KW 2012

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