Erneuerbare Energien Chilischoten können Solarzellen effizienter machen

Erneuerbare Energien sollen fossile Brennstoffe ersetzen. Und bei Solarzellen wollen Forscher verstärkt Naturstoffe nutzen. Doch der Scharfmacher von Chilischoten bietet auch technische Vorteile.
 Perowskit-Solarzellen, die Capsaicin enthalten

 Perowskit-Solarzellen, die Capsaicin enthalten

Die Substanz, die Chilischoten scharf macht, kann auch die Effizienz von Solarzellen verbessern. Chinesische und schwedische Wissenschaftler haben den Wirkungsgrad einer Perowskit-Solarzelle durch das Hinzufügen des Chili-Bestandteils Capsaicin von 19,1 auf fast 22 Prozent erhöht. Capsaicin helfe vor allem, Stromverluste innerhalb der Solarzelle zu vermindern, schreibt das Forscherteam um Qinye Bao von der East China Normal University in Shanghai in der Fachzeitschrift «Joule». Ohnehin wollen Forscher bei Solarzellen verstärkt Naturstoffe einsetzen und auf problematische Substanzen verzichten.

Perowskit-Solarzellen gelten als Hoffnungsträger für eine neue Generation von Fotovoltaik-Anlagen, weil sie einfach herzustellen und ihre Materialien günstig sind. Der Wirkungsgrad von Perowskit-Solarzellen mit einer einzelnen Verbindung («single junction») sei seit 2009 von 3,8 auf über 20 Prozent gestiegen, schreiben die Forscher.

Der Chili-Scharfmacher sorgt für einen besseren Ladungstransport

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 nur minimal weniger effizient.

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

An diesen Kristallgitter-Defekten verbinden sich die Elektronen mit Elektronen-Fehlstellen, auch «Löcher» genannt. Damit fallen sie als Ladungsträger für elektrischen Strom aus. Dies kann das Capsaicin verhindern. Auch am Übergang zwischen der positiv und der negativ geladenen Zone im Kristallgitter dämpft Capsaicin die Verbindung von Elektronen mit solchen Löchern, verringert also Stromverluste. Zudem sorgt der Chili-Scharfmacher für einen besseren Ladungstransport.

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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 noch nach 800-stündiger Lagerung 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 außerdem möglichst auf das giftige Schwermetall Blei verzichten. «In Zukunft wird die umweltfreundliche und nachhaltige Technologie für additive Biomaterialien ein klarer Trend bei ungiftigen, bleifreien Perowskit-Materialien sein», betont er.

Stefan Parsch, dpa