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Forscher bauen Solarzellen aus simplen Beeren

Anna Schughart 30.06.2017

Sorgt eine Frucht für Indiens Aufschwung in der Solarenergie? Forscher haben nachgewiesen, dass sich die Beeren des Jambulbaums zur Produktion von Solarzellen eignen würden. Doch was können Farbstoffsolarzellen überhaupt leisten?

Indien setzt auf Solarenergie. 2015 initiierte der indische Premierminister Modi die „International Solar Alliance“. Das Ziel: Den Ausbau der Solarenergie in mehr als hundert „sunshine countries“ voranzubringen und so der Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen zu entkommen. Indien selbst will bis zum Jahr 2022 100 Gigawatt installieren. Soumitra Satapathi glaubt, er kann dabei behilflich sein – beziehungsweise die Früchte des Jambulbaums.

Denn es scheint, als könnte die multitalentierte Pflanze sich noch eine weitere Qualifikation in den Lebenslauf schreiben: Zusammen mit seinen Kollegen vom Indian Insitute of Technology Roorkee hat Satapathi gezeigt, dass sich die Früchte auch zum Bau von Solarzellen eignen würden. Die Inspiration dafür kam bei einem frühen Morgenspaziergang, vorbei an zahlreichen Jambulbäumen, erzählt Satapathi.

Gemeinsam mit seinen Kollegen untersuchte er daraufhin, was der Frucht ihre schwarze Farbe verlieh und stieß auf verschiedene Anthocyane. Diese Pflanzenfarbstoffe finden sich auch in anderen Pflanzen wie zum Beispiel Brombeeren oder Blaubeeren. Das Besondere: Man kann sie nutzen, um sogenannte Farbstoffsolarzellen (oder auch Grätzel-Zellen nach ihrem Erfinder Michael Grätzel aus der Schweiz) zu bauen.

Ihr Aussehen geht in die Richtung von Dekorglas

Andreas Hinsch

„Die Idee der Farbstoffsolarzellen gibt es schon etwa seit 25 Jahren“, sagt Andreas Hinsch vom Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme. Und solange forscht der Wissenschaftler auch schon an ihnen. Farbstoffsolarzellen und „normale“ Silizium-Solarzellen verfolgen zwei unterschiedliche Ansätze. Bei Letzteren geht es darum, möglichst gute, reine Kristalle für die Fotovoltaik herzustellen. Die Farbstoffsolarzellen arbeiten dagegen mit Farbstoffmolekülen.

Der Vorteil dabei gegenüber den herkömmlichen Solarzellen: Die Farbstoffsolarzellen könnten potenziell billiger produziert werden, sie sind bei diffusem, schwachem Licht besser und man hat – dank des Farbstoffs –  viel mehr Gestaltungsmöglichkeiten. „Ihr Aussehen geht in die Richtung von Dekorglas“, sagt Hinsch. Für die Farbstoffsolarzellen spreche auch, dass sie energieeffizient in der Herstellung und recycelbar sind.

Warum also zieren die Farbstoffsolarzellen nicht schon längst Häuserfassaden überall auf der Welt? Eines der wichtigsten Hindernisse ist ihr Wirkungsgrad: „Man erreicht momentan Wirkungsgrade bis an die 13 Prozent, das ist ungefähr die Hälfte von dem, was man mit den besten Silizium-Solarzellen im Labor erreicht“, erklärt Hinsch. Und so hat, obwohl es seinem Institut bereits gelungen ist, große Module herzustellen, der Markt noch nicht angebissen. Hinsch geht davon aus, dass eine erste Anwendung für Farbstoffsolarzellen mobile Elektronikgeräte sein werden.

Der Farbstoff für die Farbstoffsolarzellen wird normalerweise im Labor synthetisiert – ein forschungsintensiver Prozess. „Die Idee, einen pflanzlichen Farbstoff zu nutzen, ist an sich gut“, sagt Hinsch. „Aber bei biologischen Farbstoffen handelt es sich meistens um einen Cocktail aus verschiedenen Stoffen.“ Sollen sie effizient sein, müssten sie also gereinigt werden, damit am Ende das beste Molekül herauskommt. „Und dann ist die Frage, ob die Reinigung am Ende nicht aufwendiger ist als die Synthese.“

Satapathi ist da optimistischer. Aber zuerst muss er überhaupt einmal die effizienteste Verbindung im Extrakt der Jambulbaum-Frucht ausmachen: „Es gibt viele verschiedene Anthocyane“, sagt Satapathi. Die größte Herausforderung für ihn bestehe darin herauszufinden, welche Verbindung sich am besten eignet. Dann müsse man versuchen, bloß nur noch ein Anthocyan zu isolieren, zu extrahieren und so den Wirkungsgrad zu steigern. „Wir sind an einem Startpunkt“, sagt Satapathi. In wenigen Jahren könnten schon bessere Ergebnisse erzielt werden, glaubt er. Ein Jambulbaum, der 80 Jahre alt wird, produziere bis zu 6000 kg Früchte, sagt Satapathi. Das wäre Stoff für eine ganze Menge Solarzellen.

Dabei muss man sich aber nicht auf die Früchte des Jambulbaums beschränken. Andere Wissenschaftler haben schon gezeigt, dass sich grundsätzlich auch mit anderen Pflanzen arbeiten ließe. Für Indien seien eben die Früchte des Jambulbaums geeignet, weil sie dort gut wachsen, sagt Satapathi, der auch mit anderen Früchten experimentiert hat. Wenn man aber beispielsweise nach Mexiko gehe, sei es gut möglich, dass es dort eine andere Beere gebe, die bessere Anthocyane habe.

Hinsch sieht allgemein bei den Farbstoffsolarzellen noch viel Forschungsbedarf. „Es ist schwer zu sagen, ob es in zehn Jahren ein konkurrenzfähiges Produkt zur Silizium-Fotovoltaik sein wird.“ Doch eines ist für ihn auch klar: „Mit dem Silizium findet nicht das Ende der Fotovoltaik-Entwicklung statt.“ Und Farbstoffsolarzellen sind definitiv eine Alternative, an der weiter geforscht wird.

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