Solarzelle gewinnt Energie aus Regen und Sonne

Die Stromgewinnung mittels Solarzellen hat einen Nachteil. Sobald es regnet, wird kein Strom gewonnen. Doch nun haben Wissenschaftler eine Solarzelle entwickelt, die auch aus Regentropfen Energie gewinnen kann. Eine dünne Graphenbeschichtung macht dies möglich.

Erneuerbare Energien haben in den vergangenen Jahren stark an Bedeutung gewonnen. Doch noch immer gibt es Aspekte, die diese Art der Energiegewinnung für Kritiker angreifbar machen. So geht die Suche nach dem effektivsten Speichermedium für die Energien weiter und die starke Abhängigkeit vom Wetter schränkt die Stromgewinnung weiterhin ein. Regen oder starke Bewölkung beispielsweise sind zur Gewinnung von Solarenergie alles andere als gern gesehen. Ein Team chinesischer Wissenschaftler hat sich dieses Problems nun angenommen.

Forscher der Ocean University of China (Qingdao) and Yunnan Normal University (Kunming) haben im Fachmagazin „Angewandte Chemie“ eine neue Solarzelle vorgestellt. Diese kann mit Sonne und Regen Strom produzieren. Das Besondere: Die Solarzelle ist mit einer hauchdünnen, transparenten Schicht aus Graphen überzogen.

Treffen Regentropfen auf die Graphen-Beschichtung der Solarzelle, funktioniert das Graphen wie eine Elektrode, die aus den Regentropfen die Ionen bindet. Dabei bilden die positiv geladenen Ionen aus dem Regenwasser und eine doppelte Schicht aus Elektronen im Graphen einen natürlichen Kondensator. Die elektrische Potentialdifferenz genügt, um Strom zu erzeugen. Allerdings fehlt es der neuen Solarzelle noch an nötiger Effizienz. Nach Angaben der Wissenschaftler kann diese bisher nur rund 6,5 Prozent der erhaltenen Energie auch umsetzen. Zum Vergleich: Die derzeit effizientesten Solarmodule erreichen 22 Prozent des Sonnenlichts.

Graphen ist in Wissenschaftskreisen ein beliebtes Material. Es besteht aus einer einzigen Schicht von bienenwabenförmig angeordneten Kohlenstoff-Atomen. Diese zweidimensionale Struktur führt zu außergewöhnlichen Eigenschaften. Erst im Jahr 2004 konnte von ein Forscherteam um Andre Geim und Konstantin Novoselov die stabile Existenz des Graphens nachgewiesen werden. Für die Entdeckung seiner ungewöhnlichen Eigenschaften erhielten sie 2010 den Nobelpreis für Physik. Obwohl Graphenschichten extrem dünn sind, ist das Material hoch fest und widerstandsfähig. Ein weiterer Vorteil von Graphen ist seine Leitfähigkeit.

So konnten Wissenschaftler aus den USA mit Diamant und Graphen supergleitfähige Nanopartikel entwickeln. Auf atomarer Ebene kommt es normalerweise zu Reibung, wenn Atome in Materialien, die gegeneinander geschoben werden, sich quasi verhaken. Hier muss dann zusätzliche Energie aufgebracht werden, um diese Verhakung wieder zu lösen. Wenn aber die Diamantpartikel mit den „Graphen-Patches“ gegen eine große, diamantartige Kohlenstoffoberfläche gerieben werden, passiert etwas anderes: Die Graphene rollen sich um die Diamantpartikel herum zu etwas, das auf nanoskopischer Ebene einem Kugellager gleicht. Dadurch reiben die Materialien sich nicht, sondern gleiten quasi übereinander. „Die Interaktion zwischen dem Graphen und dem diamantartigem Kohlenstoff ist wesentlich für die Wirkung der Supergleitfähigkeit“, sagt Ali Erdemir, einer der Forscher. „Die beiden Materialien sind voneinander abhängig.“

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