Stromproduzenten im Nanometerbereich

17.12.2008 - Deutschland

Winzige Antennen, die Licht sammeln und in Strom umwandeln, wollen Chemiker und Physiker der Uni Würzburg herstellen.

Radioantennen sammeln elektromagnetische Radiowellen aus der Umgebung ein, wandeln sie um in elektrische Spannung, verstärken diese und machen so das Signal, das ein Sender ausstrahlt, hörbar. Das gleiche Prinzip wollen jetzt der Chemiker Professor Frank Würthner und der Physiker Professor Bert Hecht nutzen, um aus Licht Strom zu produzieren - allerdings in deutlich kleinerem Maßstab. Ihre Antenne soll gerade mal 100 Nanometer lang und 20 Nanometer dick sein.

"Unsere Antennen bestehen aus zwei nanometergroßen Goldstäbchen, deren Enden sich fast berühren", erklärt Bert Hecht, Professor am Lehrstuhl für Experimentelle Physik 5 der Universität Würzburg. Zwischen diese Enden platzieren die Wissenschaftler Farbstoffdyaden-Moleküle, die besondere Eigenschaften besitzen: "Diese Moleküle können an Gold andocken und unter Beleuchtung Ladungen trennen, indem ihre Untereinheiten Elektronen abgeben, beziehungsweise aufnehmen", sagt Frank Würthner, Inhaber des Lehrstuhls für Organische Chemie 2. Oder, vereinfacht formuliert: Die Moleküle produzieren Strom, wenn sie von Licht angeregt werden und zuvor auf entsprechenden Elektroden platziert wurden.

Der komplexe Aufbau der Nano-Antennen ist verantwortlich dafür, dass Physiker und Chemiker gemeinsam daran arbeiten: "Wir Physiker wissen, wie man die Goldstäbchen dimensionieren und zu Antenne anordnen muss. Und die Chemiker besitzen das Know-how, die Stäbchen wachsen zu lassen und geeignete Moleküle zu synthetisieren", sagt Hecht. Wenn alles wie geplant funktioniert, haben Hecht und Würthner am Ende eine winzig kleine Photovoltaikanlage gebaut, die allerdings extrem effizient arbeitet. Die Antenne sammelt Licht aus einem - bezogen auf ihre Fläche - relativ großen Bereich ein und konzentriert es auf wenige Moleküle, die daraus dann Strom produzieren.

Langfristiges Ziel soll es sein, viele Nano-Antennen auf einem Gitter anzuordnen. Damit ließe sich dann beispielsweise Licht eines bestimmten Wellenlängenbereichs sammeln - so, wie die Radioantenne ebenfalls nur die Radiowellen einer bestimmten Frequenz aufgreift. "Man bekäme eine Solarzelle mit steuerbarer Wellenlängenempfindlichkeit", sagt Hecht. Bis dahin wird allerdings noch einige Zeit vergehen. Jetzt wollen die Wissenschaftler erst einmal zeigen, dass das Konzept in der Realität funktioniert.

Dieses "Ausprobieren" unterstützt die Volkswagen-Stiftung in den kommenden drei Jahren mit 569.000 Euro. Damit gibt sie den Startschuss für das erste Forschungsprojekt am neu gegründeten "Wilhelm-Conrad-Röntgen-Forschungszentrum für komplexe Materialsysteme" der Universität Würzburg. In diesem Zentrum sollen neue Materialien mit speziell angepassten Eigenschaften entwickelt werden, die als Grundstoff für neuartige Bauelemente für die Informations-, Energie- und Medizintechnik dienen können. Dafür arbeiten Wissenschaftler aus den Fakultäten für Physik, Chemie und Biologie zusammen.

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