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FAU aktuell

Strom aus Hibiskustee

Das war das iGem-Team der FAU in diesem Jahr – mit ihrer Biofilm-Solarzelle gewannen die Studierenden eine Silbermedaille. (Bild: Maximilian Wagner)

Studierende der FAU gewinnen mit Solarzelle internationalen Preis

Mit einer Biofilm-Solarzelle, die von Bakterien selbstständig auf einem leitenden Glas aufgebaut wird, hat ein Team aus Studierenden der FAU beim Wettbewerb „international Genetically Engineered Machine“ (iGEM) eine Silbermedaille gewonnen. Beratend standen ihnen Prof. Dr. Andreas Burkovski, Professur für Mikrobiologie, und Prof. Dr. Dirk Guldi, Lehrstuhl für Physikalische Chemie I, zur Seite. Wir haben mit Maximilian Wagner gesprochen, der Mitglied im FAU-Team 2016 war.

Herr Wagner, wie sind Sie und Ihre Kommilitonen auf die Idee gekommen, eine Biofilm-Solarzelle zu entwickeln?

Maximilian Wagner vom iGEM-Team

Nachgefragt: Maximilian Wagner war Mitglied im FAU-Team 2016. (Bild: Alexander Zika)

Unsere Ursprungsidee für den Wettbewerb war es, neue Arten von Nanopartikel-Synthesen zu entwickeln. Allerdings sind Nanopartikel als Ergebnis einer studentischen Arbeit und für einen Wettbewerb wenig greifbar. Daher haben sich nach und nach verschiedene Anwendungsmöglichkeiten herauskristallisiert. Unter unseren Favoriten waren dabei LEDs, Wasserstoffentwicklung und eben die Solarzelle. Da die ersten beiden Optionen mit einem knappen Budget schwerer zu realisieren sind, wurde es die Solarzelle.

Wie funktioniert eine solche Solarzelle?

Die Funktionsweise ist vergleichbar mit der Photosynthese in Pflanzen. In den Photosystemen werden Chlorophyll-Moleküle angeregt, die dann Elektronen in einer Kaskade weiter transportieren können. In einer Farbstoffsolarzelle wird der Farbstoff angeregt und dieser gibt sein Elektron weiter an den Halbleiter. Das fehlende Elektron am Farbstoff wird durch den Elektrolyten wieder aufgefüllt. Die Elektronen und Fehlstellen werden so bis an die Elektroden transportiert, wodurch schließlich Strom fließt.

Die Grundlage für jede Farbstoffsolarzelle, auch unsere, bilden leitfähige Gläser. Auf einem der Gläser wird ein lichtdurchlässiger Halbleiter – in unserem Falle war dies Zinkoxid (ZnO) – aufgebracht. Auf den Halbleiter ZnO wird danach ein lichtabsorbierender Stoff gegeben. Dieser kann entweder organischer Natur sein, beispielsweise ein Farbstoff aus Früchten, oder anorganischer Natur, zum Beispiel ein weiterer Halbleiter wie Cadmiumtellurid, das derzeit neben Silizium auch in Solarzellen eingesetzt wird. Wir haben uns für Hibiskustee entschieden – der Farbstoff daraus ist preisgünstig, für die Bakterien schädlich und bindet besonders gut an den Halbleiter. Abgeschlossen wird das System mit einem Elektrolyten und einer zweiten Deckplatte mit leitfähigem Glas. Das Besondere an unserer Solarzelle ist, dass sowohl der Halbleiter als auch der Farbstoff eigenständig durch Escherichia-coli-Bakterien bei Raumtemperatur auf dem Glas aufgebaut werden. Einzig die Aufbringung des Elektrolyten und das Versiegeln mit der Deckplatte erfolgen manuell.

Grafik iGEM

In einer Farbstoffsolarzelle wird der Farbstoff durch Licht angeregt und dieser gibt sein Elektron weiter an den Halbleiter Zinkoxid. Das fehlende Elektron am Farbstoff wird durch den Elektrolyten wieder aufgefüllt. Die Elektronen und Fehlstellen werden so bis an die Elektroden transportiert, wodurch schließlich Strom fließt. (Bild: iGEM Team Erlangen)

Wie verbreitet sind Biofilm-Solarzellen?

Die Forschung dazu steht tatsächlich erst am Anfang. Sich selbst aufbauende Solarzellen sind in dieser Form ein absolutes Novum. Das Grundprinzip dahinter, die Farbstoff-Solarzelle oder Grätzel-Zelle, gibt es schon länger. Allerdings sind sie aufgrund ihrer geringen Effizienz kaum wettbewerbsfähig. Mit unserer Form der Solarzelle würden viele mechanische oder synthesechemische Schritte wegfallen, was den Preis einer derartigen Solarzelle deutlich reduzieren könnte.

Wie innovativ schätzen Sie Ihre Arbeit ein?

Geschuldet der Tatsache, dass es das Grundprinzip schon gibt, ist die Solarzelle selbst wenig innovativ. Das große Potential steckt in der Be- und Verarbeitung vom Grundbaustein bis hin zum fertigen Modul. Bei unserer Solarzelle findet alles bei Raumtemperatur statt und alle Ausgangsstoffe sind absolut harmlos. Sogar die Farbstoffe können mittlerweile von Bakterien hergestellt werden, was Synthesen überflüssig macht.

Sie wollen im nächsten Jahr wieder bei dem Wettbewerb mitmachen. Wann geht’s mit den Planungen los?

Der Startschuss fällt mit einem Treffen am 30. November, bei dem wir das Team aus diesem Jahr und den Wettbewerb vorstellen. Eingeladen sind alle interessierte Studierende – gerne auch außerhalb der Naturwissenschaftlichen und der Technischen Fakultät. Danach überlegen wir, mit welcher Idee wir antreten wollen und werben Gelder ein. Richtig ernst wird es dann ab Anfang März, wenn die Anmeldung für den Wettbewerb startet.


Der jährliche Wettbewerb iGEM bietet Studierenden verschiedenster Fachrichtungen die Möglichkeit, in einem interdisziplinären Umfeld zu arbeiten, da der Wettbewerb neben dem biologischen Aspekt auch andere Wissenschaftszweige bedient. Unter anderem wird während des Projekts eine Homepage erstellt, die die Ergebnisse einem breiteren Publikum zugänglich machen soll. Außerdem sollen die Teams verschiedener Universitäten miteinander kooperieren und Sponsoren finden. In diesem Jahr nahmen 5600 Studierende aus 42 Ländern teil.

Wer im nächsten Jahr im FAU-Team mitmachen möchte, sollte am Mittwoch, 30. November, um 18 Uhr in den Hörsaal C im Biologikum, Staudtstr. 5, Erlangen, zum ersten Treffen des neuen Teams kommen. Interessenten aller Fakultäten können sich auch bei Maximilian Wagner direkt melden.

iGEM im Internet: www.igem.org

Webauftritt des FAU-Teams „Coli-Voltaic“: http://2016.igem.org/Team:FAU_Erlangen

Kontakt:

Maximilian Wagner
Tel.: 09131/85-67464
maximilian.m.wagner@fau.de

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