Forscher der Korea University haben ein neues Nanomaterialdesign mit selbstorganisierenden Goldnanokugeln entwickelt, das die Absorption von Sonnenenergie deutlich verbessert. Dieser Durchbruch adressiert eine zentrale Herausforderung im Bereich der erneuerbaren Energien: die Erfassung des gesamten Spektrums des Sonnenlichts, einschließlich Wellenlängen jenseits des sichtbaren Lichts.
Die Herausforderung der Absorption des Sonnenspektrums
Aktuelle Solartechnologien haben Schwierigkeiten, das gesamte Spektrum der Sonnenstrahlung effizient zu absorbieren. Während Materialien wie Gold- und Silbernanopartikel vielversprechend sind, ist ihre Absorption typischerweise auf sichtbare Wellenlängen beschränkt. Die Erfassung von Licht im nahen Infrarotbereich, das einen erheblichen Teil des Sonnenlichts ausmacht, ist nach wie vor schwierig. Dies ist entscheidend, da ein breiteres Absorptionsspektrum direkt zu einer höheren Energieumwandlungseffizienz führt.
Die Lösung: Selbstorganisierende Gold-Supraballs
Das Team der Korea University unter der Leitung von Seungwoo Lee ging diese Herausforderung an, indem es „Supraballs“ konstruierte – Ansammlungen von Goldnanopartikeln, die sich spontan zu winzigen Kugeln zusammenfügen. Durch sorgfältige Anpassung des Durchmessers dieser Suprakugeln maximierten sie die Absorption über einen größeren Wellenlängenbereich.
Simulation und Fertigung
Die Forscher verwendeten zunächst Computersimulationen, um das Supraball-Design zu optimieren und eine Absorptionseffizienz von über 90 % vorherzusagen. Als nächstes erzeugten sie einen Film dieser Supraballs, indem sie eine flüssige Lösung auf einem thermoelektrischen Generator trockneten, einem Gerät, das Licht direkt in Elektrizität umwandelt. Bemerkenswert ist, dass der Prozess keine speziellen Reinraumbedingungen oder extremen Temperaturen erfordert, wodurch er hoch skalierbar ist.
Leistungsergebnisse
Tests mit einem LED-Sonnensimulator zeigten, dass der supraballbeschichtete Generator etwa 89 % des Sonnenlichts absorbierte – fast doppelt so viel wie die Absorptionsrate (45 %) eines ähnlichen Geräts mit herkömmlichen Goldnanopartikeln.
„Unsere plasmonischen Suprabälle bieten einen einfachen Weg, das gesamte Sonnenspektrum zu nutzen“, erklärt Dr. Lee.
Implikationen für erneuerbare Energien
Diese Technologie könnte die Kosten drastisch senken und die Effizienz solarthermischer und photothermischer Anlagen verbessern. Die einfache Herstellung macht es möglicherweise für den Einsatz in großem Maßstab geeignet. Der Hauptvorteil besteht darin, dass dieser Ansatz hocheffiziente Solarenergie zugänglicher machen und den Übergang zu erneuerbaren Quellen beschleunigen könnte.
Die Forschung wurde in ACS Applied Materials & Interfaces veröffentlicht.
https://doi.org/10.1021/acsami.5c23149
Diese Entwicklung stellt einen bedeutenden Schritt hin zu einer effektiveren und erschwinglicheren Solarenergiegewinnung dar und eröffnet möglicherweise eine neue Generation erneuerbarer Technologien.
