In Großbritannien haben sie einen der Knackpunkte beim Einsatz von Solarpanels erkannt: Bei dauerhaftem Nieselregen und Wolkenhimmel sind die Anlagen nicht besonders effektiv. Aufgrund des berüchtigten britischen Wetters, so scherzen einige auf der Insel, bräuchte es auf der Insel besser Regenpanels anstatt Solarzellen.
Ihr Ruf könnte bald erhört werden. Und noch besser: Beide Anwendungen könnte es sogar zukünftig im Doppelpack geben. Denn Wissenschaftler der Soochow Universität in der chinesischen Stadt Suzhou nahe Shanghai haben im Labor ein Panel getestet, das Strom sowohl aus Sonneneinstrahlung als auch aus Regentropfen generiert. Die Ergebnisse haben der Forscher Baoquan Sun und seine Kollegen jetzt im Journal ACS Nano vorgestellt.
Der „TENG“ verwandelt Reibung in Strom
Die Wissenschaftler kombinieren klassische Solarzellen mit einem sogenannten triboelektrischen Nanogenerator, kurz „Teng“. Der Teng ist transparent und wird auf die Zelle aufgetragen. Wenn Regentropfen auf die Schicht fallen und anschließend darauf herunterrollen, nutzt der Teng die Reibung, um kleine Mengen statischer Elektrizität zu produzieren. Dadurch könnten Solarzellen also rund um die Uhr Strom generieren, egal ob Sonne oder Regenwetter – sogar bei Schauern in der Nacht.
Ganz neu ist die Idee eines Hybridpanels, das auch Regen nutzt, allerdings nicht. Doch das jetzt vorgestellte Konzept von Baoquan Sun ist deutlich einfacher und effizienter als ältere Versuchsmodelle. Das liegt hauptsächlich daran, dass die Wissenschaftler es geschafft haben, eine gemeinsame Elektrode für Teng und Solarzelle zu integrieren. Sie ist als durchsichtiges Polymer zwischen Panel und Nanogenerator angebracht. Dieses einfache Design mit gemeinsamer Elektrode reduziert die Zahl der nötigen Schichten auf der Solarzelle und sorgt dadurch für größere Effizienz bei der Stromgewinnung. Ein weiterer Vorteil des Hybridpanels ist, dass die Teng-Schicht die Solarzelle vor Wasser schützt.
Auch geeignet für Autoreifen und Touchscreens
Doch es ist noch eine Menge Arbeit nötig, bevor die Regenpanels an den Markt kommen könnten. Denn bisher ist die durch die Regentropfen generierte Energie sehr gering und besonders jenseits von Laborbedingungen noch nicht groß genug, um einen wirklichen Unterschied zu machen.
Es gilt, den Teng noch weiter zu verbessern. Die Schicht hat einen relativ hohen elektrischen Widerstand. Außerdem muss die Transparenz noch gesteigert werden: Momentan ist sie noch nicht hoch genug. Daher schränkt sie die Stromproduktion durch die Sonneneinstrahlung ein. Deshalb liegt der Forschungsfokus darauf, den Verlust der Solarenergiegenerierung zu verringern, ohne dabei der Funktionalität des Tengs zu schaden.
Baoquan Sun hofft in rund fünf Jahren einen neuen Prototyp des Panels zu produzieren, der auch außerhalb des Labors effizient arbeitet. Aber er möchte sich nicht nur auf Solar-Regen-Zellen beschränken. Er versucht, den Teng soweit weiterzuentwickeln, dass er in Zukunft nicht nur Strom aus der Reibung von Regentropfen gewinnt. Er sieht noch viel mehr Anwendungsgebiete, wo Reibungsenergie geerntet werden könnte – etwa in Kleidungsstücken, Autoreifen oder Touchscreens.