Dank einer Entwicklung von Forscher:innen der University of California, Los Angeles (UCLA) produzieren Treibhäuser künftig den Strom, der im zugehörigen Gartenbau- oder Landwirtschaftsbetrieb benötigt wird, aus dem Licht der Sonne. Gleichzeitig bekommen sollen sie Schutz vor zu intensiver Einstrahlung erhalten. Das gelingt mittels Solarzellen, die anstelle der Glasdächer montiert werden.
Siliziumzellen wären hierfür nicht geeignet, weil sie das für Pflanzen essenzielle Licht, nicht durchlassen würden. Stattdessen setzen die Entwickler:innen auf semitransparente organische Zellen, die nicht mehr Licht durchlassen, als die Pflanzen tatsächlich benötigen.
Nahrungsergänzungsmittel brachte Durchbruch
Semitransparente organische Zellen an sich sind nichts Neues, doch häufig halten sie den aggressiven Sonnenstrahlen nicht allzu lange Stand. Der Materialwissenschaftler Yang Yang und sein Team von der UCLA-Ingenieursschule haben eine organische Zelle mit einer Schicht aus der natürlich vorkommenden Chemikalie L-Glutathion angereichert. Diese Chemikalie wird unter anderem als antioxidatives Nahrungsergänzungsmittel verkauft.
Mithilfe dieses Ansatzes wird nicht nur die Lebensdauer der Solarzellen verlängert, sondern er verbessert auch die Effizienz der Zellen und lässt immer noch ausreichend Sonnenlicht hindurch. "Organische Materialien eignen sich aufgrund ihrer Lichtabsorptionsselektivität hervorragend für die Fotovoltaik. Ihr Hauptnachteil, der ihre breite Anwendung bisher verhindert hat, ist die mangelnde Stabilität", sagt Yang, der auch im Bereich Bioengineering tätig ist.
"Organisches" Dach scheinbar besser
Organische Solarzellen neigen dazu, schneller abzubauen als ihre anorganischen Gegenstücke, da Sonnenlicht organische Materialien oxidieren, sodass Elektronen verlorengehen. Genau das verhindert L-Glutathion. Die derart modifizierten Zellen hatten nach insgesamt 1.000 Betriebsstunden noch einen Restwirkungsgrad von rund 80 Prozent. Ohne diese Chemikalie sinkt die Effizienz in der gleichen Zeit auf 20 Prozent ab. An der Standfestigkeit der Zellen sehen die Wissenschaftler:innen trotzdem noch Verbesserungsbedarf.
Bisher testeten sie die Solarzellen sowie Siliziumzellen, auf zwei kleinen Gewächshäusern, in denen sie Pflanzen züchteten. Unter dem organischen Dach wuchsen sie besser als unter dem anorganischen. Das liegt daran, dass die L-Glutathion-Schicht UV-Strahlen, die das Wachstum hemmen können, und IR-Strahlen blockiert, sodass die Gewächshäuser nicht überhitzen. Die Entwickler:innen haben darüber hinaus ein Start-up gegründet, um organischen Solarzellen zu produzieren. In späterer Folge sollen weitere Gewächshäuser damit ausgestattet und auf den Markt gebracht werden.
www.ucla.edu
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