Solarzelle auf Bio-Basis

Forscher der Ruhr-Universität Bochum (RUB) haben eine Solarzelle auf biologischer Basis entwickelt. Die beiden Proteine Photosystem 1 und 2, die in Pflanzen für die Fotosynthese verantwortlich sind, betteten sie in selbst entwickelte komplexe Moleküle ein und sorgten so für einen effizienten Elektronenstrom.

In Blättern nutzen die Photosysteme 1 und 2 Lichtenergie, um Kohlendioxid in Sauerstoff und Biomasse umzuwandeln. Die Bio-Solarzelle erzeugt hingegen Strom statt Biomasse. Die Wissenschaftler der Ruhr-Universität Bochum (RUB) isolierten die beiden Photosysteme aus hitzeliebenden Cyanobakterien, die in einer heißen Quelle in Japan leben. Aufgrund dieser Lebensweise sind die Photosysteme wesentlich stabiler als die vergleichbaren Proteine von Arten, die nicht unter extremen Umweltbedingungen vorkommen. Das Forscher – Team entwickelte komplexe Elektronen leitende Materialien, sogenannte Redoxhydrogele. In diese betteten sie die Photosysteme ein, um sie mit den Elektroden der Photovoltaikzellen zu verbinden.Die Zelle besteht aus zwei Kammern. In der ersten Kammer entzieht das Protein Photosystem 2 Wassermolekülen Elektronen, wobei Sauerstoff entsteht. Die Elektronen wandern durch das Redoxhydrogel zur Elektrode der ersten Kammer, die mit der Elektrode der zweiten Kammer verbunden ist. Die Elektrode der zweiten Kammer leitet die Elektronen über ein anderes Redoxhydrogel auf das Photosystem 1. Dort werden die Elektronen auf Sauerstoff übertragen; es entsteht Wasser. Die Photosysteme verrichten diese Arbeit aber nur, wenn sie durch Lichtenergie angetrieben werden. Bei Lichteinfall fließt in dem geschlossenen System also permanent Strom.Um solare in elektrische Energie umzuwandeln, muss zwischen den beiden Elektroden eine Potenzialdifferenz vorliegen. Diese Differenz erreichten die Bochumer Forscher, indem sie Redoxhydrogele mit unterschiedlichen Potenzialen nutzten. Die Potenzialdifferenz bestimmt die Spannung und somit die Leistung der Biophotovoltaikzelle. Aktuell erreicht die Bio-Solarzelle Leistungen von einigen Nanowatt pro Quadratzentimeter.  

Erstellt am 11.12.2013

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