Forscher an der <a href=http://www.epfl.ch>Eidgenössischen Technischen Hochschule in Lausanne</a> (EPFL) haben ein neues Verfahren entwickelt, mit dem kostengünstig Zinkoxidfilme im Nanometerbereich hergestellt werden können.Nano-Verfahren steigert Effizienz der Dünnschicht-Photovoltaik<% image name="PV" %>
<small><b>Mit Nanoschichten aus Zinkoxid</b> kann die Effizienz von Dünnschichtsolarzellen erhöht werden. <i>Bild: pixelio.de/berlin-pic</i></small>
Damit lässt sich die Effizienz von Dünnschichtsolarzellen, die 1.000 Mal dünner sind als herkömmliche Photovoltaikelemente, steigern. An der EPFL wird schon seit längerem an Dünnschichtsolarzellen geforscht. Diese Technik erlaubt es, möglichst sparsam mit Silicium umzugehen. Mit sinkendem Durchmesser der Siliciumschicht sinkt aber auch die Absorptionsrate für Sonnenlicht. Deshalb greifen die Forscher zu einem Trick. Mithilfe von Zinkoxidkristallen wird das einfallende Licht so gestreut, dass die Aufnahmerate im Silizium steigt. Theoretisch könnte damit sogar ein höherer Wirkungsgrad als bei konventionellen Elementen erreicht werden, wenn man mehrere Dünnschichtmaterialien stapelt.
Allerdings ist es technisch sehr schwierig, die pyramidenförmigen Zinkoxidkristalle in die richtige Form zu zwingen. Die Forscher in Lausanne haben jetzt aber eine Möglichkeit gefunden, um dünne Schichten aus Zinkoxid in der gewünschten Form herzustellen. Dazu erstellen sie eine Negativform der geplanten Struktur und lassen darauf die Kristalle wachsen. Anschließend muss die Oxidschicht nur noch abgezogen werden. Diese Technik lässt sich auch im industriellen Maßstab anwenden.
Gerhard J. Herndl, Meeresbiologe an der Universität Wien, hat Bakterien entdeckt, die wie Pflanzen das Enzym Ribulose-Biphosphat-Carboxylase (RuBisCO) besitzen, das eine wichtige Rolle bei der Photosynthese spielt.
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<small><b>Wasserproben aus 3.000 m Tiefe</b> kommen an Bord des Forschungsschiffes Pelagia <i>Foto: Alexander Bochdansky</i></small>
Bei den neu entdeckten Tiefsee-Bakterien dient jedoch nicht Sonnenlicht als Energiequelle der Umwandlung von Kohlendioxid in organischen Kohlenstoff, vielmehr ernähren sie sich von Schwefelverbindungen. Zu den aktuellen Forschungsergebnissen publizieren die Forscher der Universität Wien zusammen mit Kollegen aus den USA in der renommierten Fachzeitschrift "Science".
<b>Jenseits von jeglichem Sonnenlicht</b>
RuBisCO ist das häufigste Protein auf der Erde, weil es in allen Pflanzen vorkommt und als Enzym bei der Photosynthese verwendet wird. Dieses Enzym konnte nun erstmals in Bakterien, die sich in Wassertiefen von 200 bis 3.000 m – jenseits von jeglichem Sonnenlicht – befinden, nachgewiesen werden. „Diese autotrophen Mikroben beziehen ihre Energie offenbar aus Schwefelverbindungen. Wir konnten entsprechende Gene in den Mikroben finden“, so Meeresbiologe Herndl, der auch Wittgenstein-Preisträger 2011 ist.
In sauerstofflosen Lebensräumen nutzen anaerobe Mikroorganismen Schwefelverbindungen als Energiequelle, so z.B. im Boden von seichten Gewässern und Meeren sowie in speziellen sauerstofflosen Regionen des Freiwassers wie in den Tiefen der Ostsee oder des Schwarzen Meeres. In den weiten Bereichen des offenen Ozeans, wie dem Pazifik oder dem Atlantik, gibt es jedoch genügend Sauerstoff zum Veratmen.
Trotzdem fand das internationale Wissenschaftlerteam eine Vielzahl von Bakterien in den sauerstoffhaltigen Regionen des Pazifiks und Atlantiks, die als Energiequelle Schwefelverbindungen oxidieren und Kohlendioxid in Biomasse umwandeln. Herndl und sein Team konnten aufzeigen, dass eine Gruppe von Bakterien, die sowohl das Gen für RuBisCO als auch jenes zur Oxidation von Schwefelverbindungen besitzt, vorwiegend auf Partikel in der Tiefsee vorkommen. Der Meeresbiologe vermutet folgendes: „Diese Millimeter bis Centimeter großen Partikel, die mit einer Geschwindigkeit von etwa 100 Meter pro Tag in die Tiefsee rieseln, könnten in ihrem Inneren sauerstofflos sein. Somit könnten in einer sauerstoffhaltigen Umgebung sauerstofflose Mikrozonen im Inneren von Partikeln existieren.“
<small>Originalpublikation: Potential for Chemolithoautotrophy Among Ubiquitous Bacteria Lineages in the Dark Ocean. Brandon K. Swan, Manuel Martinez-Garcia, Christina M. Preston, Alexander Sczyrba, Tanja Woyke, Dominique Lamy, Thomas Reinthaler, Nicole J. Poulton, E. Dashiell P. Masland, Monika Lluesma Gomez, Michael E. Sieracki, Edward F. DeLong, Gerhard J. Herndl, Ramunas Stepanauskaus. In: Science, September 1, 2011.</small>
Photosynthese-Enzym in Tiefseebakterien
