Forschungsergebnis Solarstrom bei Regenwetter

Chinesische Forscher haben in der Zeitschrift Angewandte Chemie einen neuen Ansatz für eine Allwetter-Solarzelle vorgestellt, die nicht nur durch Sonnenlicht, sondern auch durch auftreffende Regentropfen angeregt wird. Für die Umwandlung von Sonnenenergie in Elektrizität entwickelte das Team von der Ocean University of China in Qingdao und der Yunnan Normal University in Kunming eine sehr effektiv arbeitende Farbstoff-Solarzelle. Damit auch bei Regen Elektrizität erzeugt werden kann, beschichteten sie diese mit einem hauchfeinen transparenten Film aus Graphen.

Graphen ist eine zweidimensionale Kohlenstoffmodifikation aus bienenwabenförmig verknüpften Kohlenstoffatomen. Sie lässt sich gut durch Oxidation von Graphit, Trennung der einzelnen Schichten und anschließende Reduktion herstellen. Graphen zeichnet sich durch seine außergewöhnlichen elektronischen Eigenschaften aus: Es ist elektrisch leitfähig und reich an Elektronen, die über die gesamte Schicht frei beweglich (delokalisiert) sind. In wässriger Lösung kann Graphen zudem mit seinen Elektronen positiv geladene Ionen binden (Lewis-Säure-Base-Wechselwirkungen). Diese Eigenschaft wird etwa genutzt, um Bleiionen und organische Farbstoffe aus Lösungen zu entfernen.

Dies hat die Forscher um Qunwei Tang inspiriert, Graphen-Elektroden zu verwenden, um Strom aus dem Aufprall von Regentropfen zu gewinnen. Regentropfen sind kein reines Wasser, sondern enthalten Salze, also positiv und negativ geladene Ionen. Die positiv geladenen Ionen, wie Natrium-, Calcium- und Ammonium-Ionen, können an der Graphen-Oberfläche gebunden werden. An der Kontaktstelle zwischen Regentropfen und Graphen reichern sich auf der Wasserseite positive Ionen an, auf der Graphen-Seite frei bewegliche Elektronen. So entsteht eine elektrische Doppelschicht aus Elektronen und positiv geladenen Ionen – ein sogenannter Pseudokondensator. Die damit verbundene elektrische Potentialdifferenz reicht aus, um eine Spannung und einen Stromfluss zu erzeugen.