Der Popeye unter den Solarzellen

Wer kennt ihn nicht, diesen knurrigen, aber gutherzigen Seemann Popeye, der bei Bedarf Spinat isst, um daraus ungeahnte Kräfte zu entwickeln. Zu seiner Zeit dachte man fälschlicherweise, dass die Blätter dieser Pflanze außergewöhnlich viel Eisen enthalten und daher besonders gesund sind. Was damals aber noch niemand ahnen konnte: Mit Spinat und einigen weiteren Zutaten lässt sich Strom erzeugen! Das „Rezept" dazu gibt es im DLR_School_Lab Berlin.

Seit einigen Jahrzehnten beschäftigt sich die wissenschaftliche und industrielle Forschung mit der Frage, wie die Energie der Sonne möglichst gut genutzt werden kann. Ein ausgezeichnetes Vorbild sind Pflanzen, die seit Jahrmillionen Licht durch Photosynthese besonders effektiv in chemische Energie umwandeln. Auch wenn der Wirkungsgrad der Natur noch lange nicht erreicht ist, gibt es mittlerweile ein technisches Verfahren, das in Form einer „künstlichen Photosynthese" die natürlichen Vorgänge nachahmt. Es wurde Anfang der 90er Jahre von Michael Grätzel entwickelt und patentiert. Die Funktionsweise seiner Grätzelzelle ist allerdings bis heute nicht im Detail geklärt.

Für den Bau einer solchen Farbstoffsolarzelle, benötigt man eine Reihe von Materialien, die eigentlich alle in einem Haushalt zu finden sind: Titandioxid zum Beispiel versteckt sich in der Zahnpasta, Graphit im Bleistift und Jod im Medizinschrank. Der wichtigste Bestandteil jedoch ist ein natürlicher Farbstoff: ob aus Kirschen, Tee oder eben Popeyes Spinat aus der Dose!

Künstliche Photosynthese unter künstlicher Sonne – im DLR_School_Lab Berlin ist vieles möglich! Bild: DLR / Gossmann

Im DLR_School_Lab Berlin erhalten die Schülerinnen und Schüler die Möglichkeit, Schritt für Schritt eine Grätzelzelle selber zu bauen: vom Mischen und Auftragen der Titandioxidlösung bis zum Herstellen und Auftragen der Farbstoffe. Quasi nebenbei lernen die Nachwuchsforscher, wie aus Licht mit Hilfe einfacher Zutaten Strom erzeugt wird und worin der Zusammenhang zur Photosynthese besteht. Wo liegen die Vor- und Nachteile der kleinen, selbst hergestellten Zellen? Welche Ideen gibt es, um die Wirkung zu optimieren? Der Forschungsbedarf in diesem Bereich ist bei „Groß" und „Klein" noch sehr hoch. Am Ende werden die verschiedenen Farbstoffe verglichen und die Frage beantwortet, welcher sich nun am besten für die Grätzelzelle eignet. So viel sei verraten: Spinat ist gut, aber Hibiskustee ist noch besser – hätte Popeye das bloß gewusst!