München. Winzige, selbstorganisierte Goldkugeln – sogenannte Supraballs – können etwa 90 Prozent des Spektrums des Sonnenlichts absorbieren und damit die Effizienz der Sonnenenergie deutlich steigern. Diese neue Technologie verspricht Fortschritte bei der Nutzung von goldkuegelchen sonnenenergie absorption.
Goldkügelchen fangen Sonne
Herausforderung bei der Nutzung von Sonnenlicht
Sonnenlicht umfasst ein breites Spektrum elektromagnetischer Strahlung, das vom sichtbaren Bereich bis in das nahe Infrarot reicht. Herkömmliche Solarsysteme nutzen meist nur einen kleinen Teil dieses Spektrums, was die Effizienz der Energieumwandlung erheblich einschränkt. Metallische Nanopartikel wie Gold oder Silber können Licht besonders stark beeinflussen, absorbieren jedoch meist nur schmale Wellenlängenbereiche. Dieses Problem limitiert die praktische Effektivität von Nanomaterialien in Solarzellen.
Innovation durch Struktur und Anordnung
Forscher entwickelten daher Supraballs, die aus hunderten kleinen Goldnanopartikeln bestehen, welche sich selbstständig zu mikroskopisch kleinen Kugeln anordnen. Diese spezielle Struktur erzeugt durch Zusammenspiel verschiedener Resonanzeffekte eine deutlich höhere Lichtabsorption als einzelne Partikel. Simulationen und Experimente zeigten, dass diese Supraballs mehr als 90 Prozent des Sonnenspektrums auffangen können, wenn ihr Durchmesser gezielt angepasst wird.
Einfache Herstellung und vielversprechende Anwendung
Produktion ohne aufwendige Verfahren
Die Herstellung der Supraballs erfolgt aus flüssigen Lösungen, die auf Oberflächen aufgetragen und unter normalen Laborbedingungen getrocknet werden. Dies ermöglicht eine einfache Produktion und Skalierbarkeit ohne teure Reinraumverfahren oder hohe Temperaturen. Die vergleichsweise einfache Methode erleichtert eine spätere industrielle Nutzung.
Steigerung der Energieausbeute im Test
Im Experiment beschichteten die Wissenschaftler einen handelsüblichen thermoelektrischen Generator mit einer Supraball-Schicht. Das System erreichte eine durchschnittliche Lichtabsorption von rund 89 Prozent, was fast doppelt so hoch wie der Wert bei einzelnen Goldnanopartikeln (45 Prozent) ist. Die Leistungsabgabe des Generators stieg daraufhin deutlich an.
„Die Strukturen bieten einen einfachen Weg, das gesamte Sonnenspektrum zu nutzen“, sagte Mitautor Seungwoo Lee.
Die Ergebnisse zeigen, dass durch gezielte Nanostrukturierung vorhandene Technologien zur Sonnenenergieerzeugung verbessert werden können, ohne dass komplette Systeme neu entwickelt werden müssen.
Weitere Entwicklung und Perspektiven
Die Forscher planen, die Technologie weiter zu optimieren und im größeren Maßstab zu testen. Sollten die Supraballs industriell einsetzbar sein, könnten sie als Beschichtung bestehender solarthermischer und photothermischer Systeme verwendet werden. Dadurch wäre eine umfassendere Nutzung der Sonnenenergie möglich.
Weiterführende Informationen zum Stand der Solarenergieforschung finden Sie auf regionalupdate.de und beim Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme.
Zukunftsaussichten bei der Nutzung von goldkuegelchen sonnenenergie absorption
Die aktuellen Forschungsarbeiten zeigen, dass Plasmonik-basierte Nanostrukturen eine vielversprechende Ergänzung oder Alternative zu bisherigen Halbleitermaterialien darstellen können. Durch die einfache und skalierbare Herstellung der Supraballs könnten neue Impulse für effizientere Solarenergieanlagen entstehen. Termine zu weiteren Projekten oder Pilotversuchen wurden bislang nicht veröffentlicht.
