Wie schaffen die Pflanzen das?

Montag, 30. Januar 2017
Beim Transport von verwandeltem Sonnenlicht in die Verbrauchsstellen geht bei künstlich hergestellten organischen Solarzellen sehr viel der erzeugten Energie verloren. Bei Pflanzen geschieht das verlustfrei. Prof. Dr. Nalbach forscht an den Ursachen.

Prof. Dr. Nalbach lehrt in unserem Fachbereich Sensorik und Mathematik. Mit seiner Erforschung der Funktionsweise des Exzitonentransports versucht er herauszufinden, wie es Pflanzen gelingt, praktisch verlustfrei Sonnenlicht in für sie selbst verwendbare Energie umzuwandeln. Das „Gewusst wie“ könnte einen großen Fortschritt für die Erzeugung von Strom über organische Solarzellen bedeuten.

Bei der Herstellung von organischen Solarzellen versucht man, es den Pflanzen gleich zu tun. Sie benutzen das Verfahren der Photosynthese. Sehr vereinfacht gesagt, verwandeln sie dabei Licht in chemische Energie um, die sie lagern und nutzen können. Das Licht wird in speziellen Pigmenten der Blätter absorbiert, was zur Bildung von sogenannten Exzitonen führt. Diese werden zu speziellen Reaktionszentren transportiert, wo mit ihrer Hilfe Wasser in Sauerstoff und Wasserstoff gespalten wird.

Die gleichen Abläufe finden auch in künstlich hergestellten organischen Solarzellen statt. Auch hier entstehen Exzitonen, die dann zu einer Ladungstrennschicht, wo letztlich elektrischer Strom erzeugt wird, transportiert werden. Auf diesen Transportwegen geht in der Trennschicht jedoch ein sehr großer Teil der Energie verloren. Im Gegensatz dazu ist der Exzitonentransport in den Pflanzen praktisch verlustfrei. Professor Nalbach: „Wir schaffen es, wie die Pflanzen Licht in Energie umzuwandeln, aber im Gegensatz zur den Pflanzen haben wir dabei große Verluste. Die Gründe für den in der Natur verlustfreien Transport sind eines der großen Rätsel der Photosynthese, deren Lösung eben auch kostengünstige hocheffiziente organische Solarzellen ermöglichen könnte.“

In dem kürzlich erschienenen Buch „Ultrafast Dynamics at the Nanoscale“ hat Prof. Nalbach als Co-Autor mitgearbeitet. Unter dem Kapiteltitel „Ultrafast Exciton Dynamics in Correlated Environments“ fasst er die Bemühungen und Ergebnisse um die Exzitonenerforschung zusammen.

Wer neugierig geworden ist: hier ist eine fachliche Zusammenfassung des Autors.

Das englischsprachige Buch „Ultrafast Dynamics at the Nanoscale: Biomolecules and Supramolecular Assemblies“, herausgegeben von Irene Burghardt und Stefan Haacke, ist am 30.12.2016 im Verlag Pan Stanford Publishing erschienen.

Prof. Nalbach veröffentlicht regelmäßig auch in Fachzeitschriften, zuletzt in der angesehenen Fachzeitschrift für Physik, der „Physical Review“:
Hong-Guang Duan, Moritz Frey, Michael Thorwart, and Peter Nalbach; 28.11.2016;
2D photon echos reveal non-Markovian energy transfer in biomolecules.

Eine Literaturliste seiner Veröffentlichungen ist auf der Hochschulseite von Professor Nalbach unter der Überschrift "Forschung" nachzulesen.

- MH / PN -

 

 

Prof. Dr. Nalbach. Die Ergebnisse seiner Forschungen zu Exzitonen sind nun in einem Buch erschienen. Foto: WH/BL

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