Wissenschaft

Fotovoltaik

Kaffee-Witz verhilft Forschern zu besseren Solarzellen

Solarzellen mit der Struktur eines speziellen Minerals gelten als Hoffnungsträger der Technik. Doch bisher sind sie empfindlich. Koffein macht die Zellen stabiler - überlegten sich Forscher nun am Frühstückstisch.

Rui Wan/ Jingjing Xue

Diese Perowskit-Solarzellen wurden mit Koffein behandelt

Montag, 29.04.2019   12:16 Uhr

Die Geschichte, die Rui Wang und seine Kollegen erzählen, klingt so, wie man sich Wissenschaft eigentlich nicht vorstellt. Eines Morgens saßen die Forscher von der University of California in Los Angeles beim Kaffee zusammen und scherzten darüber, dass ohne den Wachmacher bei ihnen nicht viel geht. "Wir dachten: Wenn wir Kaffee als Energiebooster benötigen, warum dann nicht auch unsere Solarzellen?" Eine Schnapsidee, die sich später als gar nicht so abwegig entpuppte.

Die Solarzellen, mit denen Wang forscht, basieren auf Stoffen, die eine ähnliche Kristallstruktur haben wie das Mineral Perowskit. Sie gelten als zukunftsorientiert. Denn im Gegensatz zu den meisten gängigen Produkten aus Silizium, die aufwendig herzustellen sind, lassen sich diese Perowskit-Solarzellen recht einfach anfertigen. Zudem geben die Kristallstrukturen bei Lichteinfluss leicht Elektronen ab.

Unter Laborbedingungen erreichen sie so Effizienzwerte von mehr als 20 Prozent - das liegt im Bereich von Siliziumzellen. Auch können die Zellen aus sehr dünnen Schichten produziert werden. Die Produkte haben aber auch Nachteile: Sie gelten als ausgesprochen empfindlich, sind anfällig gegenüber Feuchtigkeit und Hitze und zersetzen sich rasch. Schon bei Raumtemperatur kann es zu Problemen kommen.

Fotostrecke

Solarenergie: Die Erfolgsgeschichte der Fotovoltaik

Nachdem die Forscher zunächst über den Kaffee als Energiebringer gescherzt hatten, wurde ihnen klar, dass der Ansatz tatsächlich Potenzial hat, die Technik zu verbessern. Denn das als Wachmacher im Kaffee enthaltenen Koffein ist chemisch so aufgebaut, dass es mit Kristallen, die eine Perowskit-Struktur besitzen, reagieren kann. Ausprobiert hatte das aber noch niemand.

Positiver Effekt auf den Elektronentransport

Als die Forscher beim Kristallwachstum zwei Prozent Koffein hinzugaben, verbesserten sich die Eigenschaften des Materials. Das Koffein lagerte sich in die Kristalle ein. Anschließend untersuchten die Forscher die Kristallstrukturen unter anderem unter dem Mikroskop. Dabei zeigte sich: Diese waren größer als ohne Koffein, wie die Wissenschaftler in der Fachzeitschrift "Joule" schreiben.

Ein Test der koffeinhaltigen Solarzellen zeigte, dass die größere Kristallstruktur einen positiven Effekt auf den Elektronentransport hatte. Die Leistungswerte waren mit mehr als 20 Prozent solide. Zudem waren die Zellen sehr viel stabiler. Selbst Temperaturen von 85 Grad Celsius konnten sie nun vertragen. Auch nach 1300 Stunden erreichten sie noch 86 Prozent ihres ursprünglichen Wirkungsgrads.

Zum Vergleich: Zellen ohne Koffeinbehandlung hatten dagegen nach nur 175 Stunden einen Leistungsabfall auf nur 60 Prozent zu verzeichnen. Wang glaubt, dass das Koffein den Solarzellen langfristig zum Durchbruch verhelfen könnte.

Anmerkung der Redaktion: In einer früheren Version des Textes konnte der Eindruck entstehen, dass Perowskit-Solarzellen aus Calcium-Titan-Oxid gefertigt werden. Das ist aber nicht der Fall. Ihre Struktur entspricht lediglich dem Mineral.

joe

insgesamt 5 Beiträge
forscher56 29.04.2019
1. Großer Fehler, nur die Kosten für die reinen Zellen zu betrachten
Die Zellen müssen zu Paneelen verbaut werden, diese müssen montiert, angeschlossen und ggf. demontiert werden. Kann mir nicht vorstellen, dass das günstiger wird als die derzeitigen Paneele, wenn ich im gleichen Zeitraum drei [...]
Die Zellen müssen zu Paneelen verbaut werden, diese müssen montiert, angeschlossen und ggf. demontiert werden. Kann mir nicht vorstellen, dass das günstiger wird als die derzeitigen Paneele, wenn ich im gleichen Zeitraum drei Garnituren verschleiße.
Rentenkassierer 29.04.2019
2. Selbstverständlich funktioniert Wissenschaft und Technik so
---Zitat--- Die Geschichte, die Rui Wang und seine Kollegen erzählen, klingt so, wie man sich Wissenschaft eigentlich nicht vorstellt. ---Zitatende--- Die Grundidee für etwas Neues oder eine neuartige Vorgehensweise liefert [...]
---Zitat--- Die Geschichte, die Rui Wang und seine Kollegen erzählen, klingt so, wie man sich Wissenschaft eigentlich nicht vorstellt. ---Zitatende--- Die Grundidee für etwas Neues oder eine neuartige Vorgehensweise liefert der reine Zufall (z.B. Penicillin) oder irgend etwas ausserhalb der eigentlichen Arbeit durch Assoziationen (die Inspiration). Solch eine Idee dann konsequent zu verfolgen (die Transpiration) ist dann die eigentliche Arbeit.
inverts 29.04.2019
3. Das ist Wissenschaft
Poppers Hypotheticodeduktivismus ist total langweilig, denn es kommt nix Neues dabei heraus (nicht ampliativ). Klingt so schön für die Laien, aber kommt kaum vor im Wissenschaftsalltag. "Bier-Ideen" und deren [...]
Poppers Hypotheticodeduktivismus ist total langweilig, denn es kommt nix Neues dabei heraus (nicht ampliativ). Klingt so schön für die Laien, aber kommt kaum vor im Wissenschaftsalltag. "Bier-Ideen" und deren Verwandte, das sind die wirklichen Bereiter des wissenschaftlichen Fortschritts. Die Meisten landen im Müll, aber manchmal kommt tatsächlich was raus, und das sind die Sternstunden der Wissenschaft.
noalk 29.04.2019
4. nichtkünstliche Intelligenz
Genau solche Einfälle wie dieser zeigen die Fähigkeit und Unverzichtberkeit menschlichen Denkens. Und genau so muss man sich "Wissen schafft" eigentlich vorstellen.
Genau solche Einfälle wie dieser zeigen die Fähigkeit und Unverzichtberkeit menschlichen Denkens. Und genau so muss man sich "Wissen schafft" eigentlich vorstellen.
willibaldus 05.05.2019
5.
Schöner neuer Ansatz. Vielleicht eine ganz neue Klasse an Dotierungsmöglichkeiten. Braucht noch eine MEnge Transpiration scheint aber Potential zu haben. Manche Leute scheinen zu glauben, dass mit einer Idee auch gleich das [...]
Schöner neuer Ansatz. Vielleicht eine ganz neue Klasse an Dotierungsmöglichkeiten. Braucht noch eine MEnge Transpiration scheint aber Potential zu haben. Manche Leute scheinen zu glauben, dass mit einer Idee auch gleich das fertige Produkt von Himmel fällt.

Mehr im Internet

© SPIEGEL ONLINE 2019
Alle Rechte vorbehalten
Vervielfältigung nur mit Genehmigung

TOP