Simulation findet tausende Stoffe für Solarzellen

Durch Computer-Simulationen ist es dem Clean Energy Project (CEP) gelungen, eine Liste aus rund 20.000 organischen Stoffen zu ermitteln, die für die Produktion preiswerter Solarmodule eingesetzt werden könnten. Im Rahmen eines Distributed Computing-Projektes wurden in über zwei Jahren insgesamt rund 7 Millionen Substanzen auf ihre photovoltaischen Eigenschaften hin überprüft. Das Ziel des Projektes liegt darin, Materialien zu finden, mit denen sich stromerzeugende Flächen herstellen lassen und wo das wirkende Material möglichst nicht viel teurer als normale Wandfarbe ist.

"Wir sind dabei unsere ersten Analyse-Ergebnisse zusammenzustellen und werden die Daten bald veröffentlichen", erklärte Alan Aspuru-Guzik, der einen Lehrstuhl an der Harvard University inne hat, an der das CEP angesiedelt ist, gegenüber der 'ComputerWorld'. In den zahlreichen Laboren weltweit, die nach neuen Materialien für Solaranlagen suchen, sollen die Forscher sich so nicht mehr von Test zu Test hangeln müssen. Sie erhalten statt dessen schon eine Vorauswahl an vielversprechenden Stoffen, die gezielt in der Praxis überprüft werden können.

Die meisten Solarmodule, die heute mit druckbaren Materialien produziert werden, basieren noch auf Silizium. Sie bringen es aktuell auf Wirkungsgrade um die 12 Prozent und kosten etwa 5 Dollar pro Modul in der Herstellung. Vergleichbare Elemente, bei denen organische Substanzen zum Einsatz kommen, bringen es hingegen derzeit nur auf Wirkungsgrade zwischen 4 und 5 Prozent. Um wettbewerbsfähig zu sein, muss deren Preis letztlich auf etwa 50 Cent gedrückt werden - da auch berücksichtigt werden muss, dass eine größere Fläche für die gleiche Stromausbeute benötigt wird.

Um nun die vielversprechendsten Substanzen für das Erreichen dieser Zielsetzung zu finden, griffen die Forscher auf das World Community Grid von IBM zurück. Rund 6.000 Computer von normalen Nutzern aus aller Welt wurden hier damit beschäftigt, die einzelnen Materialien in Simulationen auf ihre Qualitäten zu testen. Dabei wurde parallel auch gleich nach den besten Fertigungsmethoden gesucht, mit denen die jeweiligen Moleküle so kombiniert werden können, dass sie eine möglichst hohe Energieausbeute liefern.

Solche Simulationen kommen durchaus auch in anderen chemischen Forschungsstätten zum Einsatz. Allerdings werden hier meist einzelne Materialien nacheinander simuliert. Die dabei erzielten Fortschritte waren zu gering. Im Rahmen des CEP wurde daher mit aller Kraft an dem Problem gearbeitet und laut Aspuru-Guzik habe man so letztlich sogar einige wenige Stoffe finden können, die Wirkungsgrade von bis zu 13 Prozent versprechen.