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Weniger Stromverlust Chili macht Solarzellen wirksamer

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Der Chili-Scharfmacher Capsaicin macht Perowskit-Solarzellen wirksamer.

(Foto: imago images/Shotshop)

Chilischoten verleihen jedem Gericht die nötige Schärfe. Verantwortlich dafür ist der sekundäre Pflanzenstoff Capsaicin. Er macht den Chili scharf und gesund. Forscher entdecken jetzt: Capsaicin kann auch die Leistung von Solaranlagen erhöhen.

Die Substanz, die Chilischoten scharf macht, kann den Prozess der Umwandlung von Sonnenlicht in elektrische Energie verbessern. Das haben chinesische und schwedische Wissenschaftler um Qinye Bao von der East China Normal University in Shanghai herausgefunden. Sie haben Capsaicin in einer Perowskit-Solarzelle verarbeitet. Diese Art der Solarzellen gilt als Hoffnungsträger für eine neue Generation von Fotovoltaikanlagen. Sie sind mit günstigen Materialien einfach herzustellen. Durch das Hinzufügen des Chili-Bestandteils konnte der Wirkungsgrad der Solarzelle von 19,1 auf fast 22 Prozent erhöht werden.

Der Grund dafür: Nach Angaben der Wissenschaftler helfe Capsaicin vor allem, Stromverluste innerhalb der Perowskit-Solarzelle zu vermindern. Generell sei der Wirkungsgrad von Perowskit-Solarzellen mit einer einzelnen Verbindung ("single junction") seit 2009 von 3,8 auf über 20 Prozent gestiegen, schreiben die Forscher in der Fachzeitschrift "Joule". Der höchste bisher erreichte Wirkungsgrad der in der Studie überprüften speziellen Bauart liegt bei 21,93 Prozent. Die nun vorgestellte Capsaicin-Solarzelle ist mit 21,88 Prozent fast so effizient, hat dazu aber noch weitere Vorteile.

"Angesichts der elektrischen, chemischen, optischen und stabilen Eigenschaften von Capsaicin haben wir im Vorfeld herausgefunden, dass es ein vielversprechender Kandidat ist", erklärt Bao in einer Mitteilung der Zeitschrift. Er und seine Kollegen setzten den Bestandteilen der Perowskit-Struktur lediglich 0,1 Prozent Capsaicin zu. Diese geringe Menge reiche jedoch aus, um die üblichen Schwächen im entstehenden Kristallgitter weitgehend auszugleichen.

Capsaicin leitet Strom besser weiter

An diesen Kristallgitter-Defekten verbinden sich die Elektronen mit Elektronen-Fehlstellen, auch "Löcher" genannt. Damit fallen sie als Ladungsträger für elektrischen Strom aus. Laut den Wissenschaftlern kann Capsaicin diesen Prozess verhindern und für mehr freie Elektronen in den Solarzellen sorgen. Auch am Übergang zwischen der positiv und der negativ geladenen Zone im Kristallgitter dämpft Capsaicin die Verbindung von Elektronen mit den Löchern. Auf dem Weg kann mehr Strom weitergeleitet werden.

Einen weiteren Vorteil bringt Capsaicin für die Stabilität der Solarzelle. Bei einer relativen Luftfeuchtigkeit von 45 Prozent und bei Raumtemperatur behielt die nach außen nicht isolierte Capsaicin-Solarzelle nach rund 33 Tagen Lagerung noch über 90 Prozent ihres ursprünglichen Wirkungsgrads bei. Die zur Kontrolle untersuchte Solarzelle ohne Capsaicin kam nach dieser Zeit nur noch auf 40 Prozent des ursprünglichen Werts. Die Forscher wiesen nach, dass dieser Effekt zum Teil darauf zurückgeht, dass das Capsaicin die Solarzellen wasserabweisender macht.

Bao möchte die Perowskit-Solarzellen künftig mit Naturstoffen wie Capsaicin umweltverträglicher machen und möglichst auf das giftige Schwermetall Blei verzichten. Ohnehin wollen Forscher bei Solarzellen verstärkt Naturstoffe einsetzen und auf problematische Substanzen verzichten. "In Zukunft wird die umweltfreundliche und nachhaltige Technologie für additive Biomaterialien ein klarer Trend bei ungiftigen, bleifreien Perowskit-Materialien sein", betont der Wissenschaftler.

Quelle: ntv.de, jks/dpa