Neue Fotovoltaik-Systeme: Strom aus Gold und Sonne

Das größte Problem der Solarindustrie sind die hohen Materialkosten. Forscher arbeiten an winzigen Goldantennen, die aus Licht mehr Strom herausholen – und die Fotovoltaik so profitabel machen. von Sascha Rentzing

Weltweit haben Solarforscher ein Ziel: Sie wollen Fotovoltaik-Systeme entwickeln, die Sonnenlicht effizienter in Strom umwandeln als die bisher gängigen Siliziumsolarzellen. Damit würde Solarenergie viel günstiger werden. Lichtsammelkomplexe, die dank optischer Nanoantennen aus Gold mehr als 30 Prozent Effizienz erreichen, könnten diesem Ziel näherrücken.

Die Golddrähte funktionieren wie Radioantennen, nur sind sie mit maximal 300 Nanometern Länge und 30 Nanometern Dicke rund zehn Millionen Mal kleiner. Und sie fangen statt Radiowellen die Wellen des sichtbaren Lichtes ein. Die Strahlungsenergie bündeln die Lichtantennen wie ein Brennglas in 1000-facher Konzentration auf stromproduzierende Farbstoffmoleküle.

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Entwickelt hat den Komplex die Julius-Maximilians-Universität Würzburg. "In fünf Jahren wollen wir die ersten Prototypen präsentieren und die großtechnische Umsetzung vorbereiten", sagt Bert Hecht, Professor am Lehrstuhl für Experimentelle Physik. Die Innovation könnte die Solarstromkosten deutlich senken. Bisher ist er nicht wirtschaftlich, denn die Herstellung von Siliziumzellen ist aufwendig - und die Rohstoffe sind teuer.

Billigere Produktion, größere Ausbeute Außerdem ist ihre Stromausbeute mit derzeit maximal 22 Prozent Wirkungsgrad relativ gering. Nanoantennen versprechen nicht nur höhere Effizienzen, sondern lassen sich auch billiger herstellen. Denn ihre Strukturen können wie beim Zeitungsdruck von Rolle zu Rolle auf einen günstigen Träger gedruckt werden. Das Interesse an den Minigeneratoren ist deshalb groß: Die Volkswagen-Stiftung unterstützt die Würzburger Forscher mit 569.000 Euro.

Aber auf die Wissenschaftler wartet noch viel Arbeit. Nur winzige Antennen können Licht konzentrieren. Ein Nanometer entspricht gerade einmal einem Milliardstel Meter. Die Produktion so kleiner Antennen ist schwierig. "Die Nanofabrikation steckt erst in den Kinderschuhen", erklärt Hans Eisler, Leiter der Arbeitsgruppe Nanoscale Science vom Karlsruher Institut für Technologie (KIT).

Bisher werden optische Antennen erzeugt, indem zunächst mehrere Metallschichten auf einen Träger aufgedampft und die gewünschten Formen anschließend mit einem Ionenstrahl herausgeschnitten werden. Doch bestehen diese Schichten aus vielen einzelnen Kristallen und weisen eine grobkörnige Struktur auf. Deshalb lassen sich daraus nur sehr unregelmäßige Formen schneiden - ohne die gewünschte Funktion.

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