Revolutionäres Licht-Erntesystem: Naturnahe Effizienz für solare Energiegewinnung in sichtbaren Spektralbereichen

BerlinForscher an der Julius-Maximilians-Universität Würzburg haben ein neues Lichtsammlungssystem entwickelt. Dieses System ist äußerst effizient und kann Licht aus dem gesamten sichtbaren Spektrum einfangen, ähnlich wie Pflanzen und Bakterien.

Traditionelle Lichtenergiesysteme haben mehrere Einschränkungen:

• Anorganische Halbleiter wie Silizium absorbieren Licht nur schwach und erfordern daher dicke Schichten.
• Organische Farbstoffe, die effizienter sind, benötigen zwar viel dünnere Schichten, decken jedoch kein breites Spektrum ab.

Das neue System der JMU vereint Eigenschaften von anorganischen Halbleitern und organischen Farbstoffen. Es besitzt eine Bandstruktur ähnlich der von anorganischen Halbleitern, was es ihm ermöglicht, Licht über das gesamte sichtbare Spektrum zu absorbieren. Gleichzeitig nutzt es die hohe Lichtaufnahmefähigkeit organischer Farbstoffe. Dadurch kann dieses System eine beträchtliche Menge an Lichtenergie in einer dünnen Schicht einfangen.

Wichtige Merkmale des neuen Systems:

• Einsatz von vier verschiedenen Merocyanin-Farbstoffen.
• Die Farbstoffe sind eng gefaltet und gestapelt.
• Diese Anordnung ermöglicht extrem schnellen und effizienten Energietransport innerhalb der Antenne.

Der Prototyp namens URPB steht für die Wellenlängen, die von seinen vier Farbstoffkomponenten absorbiert werden: ultraviolett (U), rot (R), violett (P) und blau (B). Dieses neue Design ermöglicht es dem System, Licht aus einem breiten Spektrum zu erfassen, im Gegensatz zu herkömmlichen Methoden, die mehrere Einschränkungen aufweisen.

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Das neue System wandelt 38 % des empfangenen Lichts in Fluoreszenz über ein breites Farbspektrum um. Dies ist wesentlich besser als die weniger als 1 % bis 3 %, die einzelne Farbstoffe erreichen können. Diese Verbesserung zeigt, dass die Anordnung und Kombination der Farbstoffmoleküle in diesem neuen System besonders effektiv beim Sammeln von Licht ist.

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