Revolutionärer Durchbruch: Wie Kohlenstoff-Nanoröhren die Solarenergie verbessern könnten

Ein Forscherteam des RIKEN Center for Advanced Photonics in Japan hat eine bahnbrechende Entdeckung gemacht, die die Zukunft der Solarenergie grundlegend verändern könnte. Im Mittelpunkt ihrer Forschung stehen Kohlenstoff-Nanoröhren – winzige Zylinder aus Kohlenstoff, die nur wenige Milliardstel Meter breit sind.

Das Besondere an ihrer Entdeckung: Diese Nanoröhren können Licht mit höherer Energie aussenden als sie aufnehmen. Dieses Phänomen, bekannt als Up-Conversion Photolumineszenz (UCPL), widerspricht unserer alltäglichen Erfahrung mit Materialien wie fluoreszierenden Farben, die typischerweise energieärmeres Licht abgeben.

Der Schlüssel zu diesem Prozess liegt in der Interaktion zwischen Elektronen und sogenannten Phononen – Schwingungen im Material selbst. Wenn Infrarotlicht auf die Nanoröhre trifft, werden Elektronen angeregt und bilden mit den entstehenden „Löchern“ gebundene Zustände, genannt Exzitonen. Diese erhalten durch die Phononen einen zusätzlichen Energieschub und erzeugen beim Zerfall energiereicheres Licht.

Besonders interessant: Dieser Effekt funktioniert auch in fehlerfreien Nanoröhren und verstärkt sich sogar bei höheren Temperaturen. Diese Erkenntnis eröffnet völlig neue Möglichkeiten für die Solarenergie-Technologie. Denkbar wären Solarzellen, die bisher ungenutztes niederenergetisches Licht in nutzbares hochenergetisches Licht umwandeln können.

Die Forscher um Yuichiro Kato arbeiten bereits an weiteren Anwendungen, darunter innovative Kühlungsmethoden durch Laser und neue Energie-Harvesting-Geräte. Diese Entwicklung könnte einen wichtigen Beitrag zur Effizienzsteigerung erneuerbarer Energien leisten.