Die Geschichte, die Rui Wang und seine Kollegen erzählen, klingt so, wie man sich Wissenschaft eigentlich nicht vorstellt. Eines Morgens saßen die Forscher von der University of California in Los Angeles beim Kaffee zusammen und scherzten darüber, dass ohne den Wachmacher bei ihnen nicht viel geht. "Wir dachten: Wenn wir Kaffee als Energiebooster benötigen, warum dann nicht auch unsere Solarzellen?" Eine Schnapsidee, die sich später als gar nicht so abwegig entpuppte.

Die Solarzellen, mit denen Wang forscht, basieren auf Stoffen, die eine ähnliche Kristallstruktur haben wie das Mineral Perowskit. Sie gelten als zukunftsorientiert. Denn im Gegensatz zu den meisten gängigen Produkten aus Silizium, die aufwendig herzustellen sind, lassen sich diese Perowskit-Solarzellen recht einfach anfertigen. Zudem geben die Kristallstrukturen bei Lichteinfluss leicht Elektronen ab.

Unter Laborbedingungen erreichen sie so Effizienzwerte von mehr als 20 Prozent - das liegt im Bereich von Siliziumzellen. Auch können die Zellen aus sehr dünnen Schichten produziert werden. Die Produkte haben aber auch Nachteile: Sie gelten als ausgesprochen empfindlich, sind anfällig gegenüber Feuchtigkeit und Hitze und zersetzen sich rasch. Schon bei Raumtemperatur kann es zu Problemen kommen.

Nachdem die Forscher zunächst über den Kaffee als Energiebringer gescherzt hatten, wurde ihnen klar, dass der Ansatz tatsächlich Potenzial hat, die Technik zu verbessern. Denn das als Wachmacher im Kaffee enthaltenen Koffein ist chemisch so aufgebaut, dass es mit Kristallen, die eine Perowskit-Struktur besitzen, reagieren kann. Ausprobiert hatte das aber noch niemand.

Positiver Effekt auf den Elektronentransport

Als die Forscher beim Kristallwachstum zwei Prozent Koffein hinzugaben, verbesserten sich die Eigenschaften des Materials. Das Koffein lagerte sich in die Kristalle ein. Anschließend untersuchten die Forscher die Kristallstrukturen unter anderem unter dem Mikroskop. Dabei zeigte sich: Diese waren größer als ohne Koffein, wie die Wissenschaftler in der Fachzeitschrift "Joule" schreiben. 

Ein Test der koffeinhaltigen Solarzellen zeigte, dass die größere Kristallstruktur einen positiven Effekt auf den Elektronentransport hatte. Die Leistungswerte waren mit mehr als 20 Prozent solide. Zudem waren die Zellen sehr viel stabiler. Selbst Temperaturen von 85 Grad Celsius konnten sie nun vertragen. Auch nach 1300 Stunden erreichten sie noch 86 Prozent ihres ursprünglichen Wirkungsgrads.