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Physik Journal 15 (2016) Nr. 3
© 2016 Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim
n
Photovoltaik mit Durchblick
Aus Oxiden einfach verfügbarer
Metalle lassen sich transparente
Solarzellen herstellen.
Bislang sind Solarzellen vor allem
für den sichtbaren Spektralbereich
ausgelegt. Wenn sich das ändern
ließe, wären neue Anwendungen
möglich. Zum Beispiel könnte man
Fenster und Glasdächer zur Strom-
erzeugung nutzen. Auch Displays
bekämen so neben ihrer Aufgabe
als Benutzerschnittstelle eine zweite
Funktion, etwa in Smartphones.
Geeignete Solarzellen müssten aber
nicht nur im UV- oder IR-Bereich
Photonen absorbieren, sondern
gleichzeitig im visuellen Spektrum
transparent bleiben. Bisher schie-
nen dafür vor allem organische
Materialien geeignet. Wissenschaft-
ler um Marius Grundmann von
der Universität Leipzig haben nun
Solarzellen aus Zink- und Nickel-
oxiden entwickelt.
1)
Die Herausforderung bestand
darin, einen transparenten pn-
Heteroübergang zu entwickeln,
der nicht nur als Photodetektor
funktioniert, sondern tatsächlich
Photonen in elektrischen Strom
umwandelt. Der Heteroübergang
der Leipziger Forscher besteht aus
einer n-leitenden Schicht ZnO und
einer p-leitenden Schicht NiO, die
physikalisch aus der Gasphase auf
ein Substrat abgeschieden wurden.
Die Zelle besitzt eine Absorptions-
kante bei 380 nm und ist daher
nur für UV-Licht empfindlich. Die
UV-Photonen werden in der ZnO-
Schicht absorbiert. Der ZnO/NiO-
Übergang trennt die durch die Pho-
tonen erzeugten überschüssigen
Ladungsträger, indem die Löcher
aus der ZnO- in die NiO-Schicht
wandern.
Im sichtbaren Spektralbereich
erreicht die Zelle eine durchschnitt-
liche Transmission von 46 Prozent.
Dieser Wert dürfte problemlos zu
steigern sein, wie Messungen an
transparenten Transistoren mit
NiO-Gate zeigen (Transmission um
80 Prozent). Die externe Quanten-
ausbeute der Zelle liegt bei maximal
55 Prozent. Allerdings erreicht der
elektrische Wirkungsgrad über das
gesamte Spektrum aufgrund des
hohen Innenwiderstands der Zelle
nur 0,1 Prozent, bezogen auf den
UV-Bereich immerhin 3,1 Prozent.
n
Molekularer Fitness-Tracker
Ein Multisensor-Armband erfasst
Signalstoffe im Schweiß.
Die Auswahl an Fitness-Trackern
für die Überwachung von Bewe-
gung und Herzschlag wächst rasch.
Wissenschaftler der University
of California in Berkeley und der
Stanford University haben nun ein
Konzept vorgestellt, bei dem ein
vollintegriertes, drahtloses Sen-
sorarmband die Verfassung eines
Menschen auf molekularer Ebene
überwacht.
2)
Dazu werden Signal-
stoffe im Schweiß analysiert, die
über den physiologischen Zustand
und Stoffwechsel des Trägers Aus-
kunft geben.
Die Auswerteelektronik des Sen-
sors befindet sich auf einer elasti-
schen Platine, die auf einem Kunst-
stoffband befestigt ist. Das Band
lässt sich zum Beispiel am Hand-
gelenk tragen und detektiert die
Signalstoffe mit einer Anordnung
aus funktionalisierten Elektroden.
Die Signale gelangen per Bluetooth
zu einer App.
Schweiß enthält hunderte unter-
schiedliche Teilchen – von ein-
fachen Natrium- und Kalium-Ionen
bis zu komplexen organischen
Molekülen wie Glukose und Laktat.
Ihr Anteil gibt Auskunft über die
Verfassung der Person. Für jede
Substanz ist bei dem neuartigen
Fitness-Tracker jeweils eine andere
Elektrode zuständig. Zur Messung
des Glukose- und Lactat-Spiegels
sind auf den Elektroden jeweils
spezifische Enzyme aufgebracht.
Um Kalium- und Natrium-Ionen
zu registrieren, befindet sich auf
der jeweiligen Elektrode eine spezi-
fische ionenselektive Schicht. Da al-
le Messungen temperaturabhängig
sind, erfasst ein Widerstandssensor
kontinuierlich die Temperatur an
der Hautoberfläche des Trägers.
Die Wissenschaftler haben ihr
Multisensor-Armband an einigen
Dutzend Personen getestet. Inte-
ressant könnte die Technologie für
die Diagnose von Krankheiten, im
Leistungssport oder bei Drogen-
tests werden.
n
Wirkstoffe gezielt freisetzen
Ein hydrodynamisches System
erzeugt Tropfen, die Substanzen
getrennt transportieren.
Bei heutigen Chemotherapien ge-
langt meist nur ein kleiner Teil des
Wirkstoffs zum Tumor, der Groß-
teil wird auf demWeg dorthin von
anderen Organen aufgenommen
und schädigt diese. Schon länger
denken Wissenschaftler daher über
Verfahren nach, umWirkstoffe
möglichst nebenwirkungsfrei an
ihren Einsatzort zu befördern.
Forscher der University of Science
and Technology of China in Hefei
und der Ohio State University in
Columbus haben gemeinsam ein
Verfahren entwickelt, das auf einem
hydrodynamischen Ansatz beruht.
3)
Sie verwenden ein System aus
zwei feinen Nadeln, die sich in
1)
R. Karsthof
et al.,
Phys. Status Solidi A
213
,
30 (2016)
2)
W. Gao
et al., Nature
529
, 509 (2016)
3)
T. Si
et al., Appl. Phys.
Lett.
108
, 021601 (2016)
Das Labormuster
der transparenten
Metalloxidsolar-
zelle besitzt noch
einen eher kleinen
Wirkungsgrad.
Swen Reichhold/Universität Leipzig
Der Tracker der US-Forscher sitzt am
Handgelenk und analysiert den Schweiß.
W. Gao et al.