Multiple Schichten für mehr Effizienz

Solarzelle verwertet fast das komplette Spektrum des Sonnenlichts

| Redakteur: Sebastian Gerstl

Mit einer gestapelten photovoltaischen Zelle, bestehend aus GaAs- und GaSb-Substratschichten, haben Forscher der George Washington University eine potentielle Rekordmarke in der Konvertierung von Solarenergie erreicht.
Mit einer gestapelten photovoltaischen Zelle, bestehend aus GaAs- und GaSb-Substratschichten, haben Forscher der George Washington University eine potentielle Rekordmarke in der Konvertierung von Solarenergie erreicht. (Bild: Matthew Lumb / George Washington University)

Herkömmliche Solarzellen sind meist nicht in der Lage, längere Wellenlängen des Sonnenlichts in Elektrizität umzuwandeln. Forscher der George Washington University haben nun eine neue Art von Solarzelle entworfen, die fast das gesamte Spektrum des Sonnenlichts verwerten kann. Mit einer Effizienz von 44,5% könnte dies die effizienteste Solarzelle der Welt darstellen.

Die meisten der heute gebräuchlichen, für den Markt produzierten Solarzellen sind nur in der Lage, einen relativ kleinen Buchteil des vom Sonnenlicht eingehenden Lichtspektrums in Energie umzusetzen. Das ist einer der Gründe, warum die Effizienz dieser Zellen in der Regel nicht mehr als 20-30% beträgt. Ein Forschungsteam der George Washington University hat nun einen neuartigen Ansatz für die Fertigung Mehrschichtiger Solarzellen entwickelt, das in der Lage ist, fast das vollständige Lichtspektrum zu verwenden und umzusetzen.

„Rund 99 Prozent der Stromerzeugung, die bei direkter Sonneneinstrahlung auf die Erdoberfläche auftrifft, hat Wellenlängen zwischen 250 und 2.500 Nanometern, aber konventionelle Materialien für hocheffiziente Mehrfach-Solarzellen können nicht den gesamten Spektralbereich erfassen“, sagt Dr. Matthew Lumb, Einer der beteiligten Forscher und Hauptautor der zugehörigen Studie. „Unsere neues Produkt ist in der Lage, die in den langwelligen Photonen gespeicherte Energie, die in konventionellen Solarzellen verloren geht, zu nutzbar zu machen und bietet somit einen Weg zur Realisierung der ultimativen Mehrfach-Solarzelle.“

Für ihre Entwicklung nutzen die Forscher sogenannte Konzentrator-Photovoltaik bzw. concentrator photovoltaic (CPV). Die mit dieser Technik gefertigten Panele benutzen eine Linse oder einen Reflektor, um das eingehende Sonnenlicht auf einer kleineren Fläche zu bündeln. Das neuartige an den von den US-Forschern entwickelten Solarpanele ist die Art und Weise, in der mehrere Schichten innerhalb einer einzelnen photovoltaischen Zelle gestapelt werden.

Die gestapelte Zelle wirkt fast wie ein Sieb für Sonnenlicht, wobei die spezialisierten Materialien in jeder Schicht die Energie eines bestimmten Satzes von Wellenlängen absorbieren, so Lumb. In seiner Studie beschreibt Lumb, dass knapp die Hälfte der verfügbaren Energie des einfallenden Lichts in Strom umgewandelt worden sein.

Um dies zu erreichen, werden in der Fertigung der Zellen zwei verschiedene Materialien verwendet. Die oberen Schichten bestehen aus vergleichsweise konventionellen photovoltaischen Substraten aus Gallium-Arsenid (GaAs), mit denen in erster Linie die kürzeren eingehenden Wellenlängen gefangen und konvertiert werden. In den unteren Schichten verwendeten die Forschen dagegen Zellen, die aus Galliumantimonid (GaSb) bestehen, die sich zur Aufnahme von längeren Wellen de Lichtspektrums eignen. Die verschiedenen Materialien werden im Transferdruck aneinandergereiht, um zu gewährleisten, das die Schichten für eine höchstmögliche Energieeffizienz bestmöglich übereinander gestapelt werden. In der Studie war eine Effizienz von bis zu 44,5% erzielt worden.

Derzeit sind die neuartigen photovoltaischen Zellen in ihrer Fertigung relativ teuer, da sie unterschiedliche und aufwändige Ausgangsmaterialien verwenden. dieser Umstand ließe sich etwas relativieren, da die fertigen Zellen mit weniger als ein Quadratmillimeter eine äußerst geringe Grundfläche besitzen. Dennoch stellt der hohe Kostenfaktor den größten Nachteil der neuen Entwicklung an. Die Forscher sind von dem Potential ihrer Entwicklung trotz der relativ hohen Kosten überzeugt. In erster Linie gehe es darum, zu zeigen, dass das Maximum an möglicher Effizienz von Solarzellen noch lange nicht erreicht ist. Wenn die Kosten für die Materialien und die Fertigung reduziert werden können, hätte diese neuartige photovoltaische Zelle ein enormes Potential für den Weltmarkt.

Neuer Rekord beim Wirkungsgrad von Silizium-Solarzellen

Photovoltaik

Neuer Rekord beim Wirkungsgrad von Silizium-Solarzellen

20.03.17 - Bis zum Jahr 2050 soll Photovoltaik etwa 20 Prozent der weltweit benötigten Elektrizität liefern. Japanische Forscher haben nun einen neuen Rekord für den Wirkungsgrad von Silizium-Solarzellen erreicht. lesen

Forscher wollen Solarzellen zum Ausrollen entwickeln

Dünn und biegsam

Forscher wollen Solarzellen zum Ausrollen entwickeln

21.12.16 - Die dünnen und flexiblen Solarzellen sollen später einmal Haus- und Fahrzeugdächer oder ganze Glasfronten bedecken. Dazu arbeiten deutsche und dänische Wissenschaftler in einem Projekt zusammen. lesen

Künstliche Rosenblütenblätter verbessern Effizienz von Solarzellen

Vorbild Natur

Künstliche Rosenblütenblätter verbessern Effizienz von Solarzellen

23.06.16 - Wissenschaftler des KIT aus Karlsruhe haben künstliche Zellen von Rosenblütenblättern reproduziert. Damit versprechen sich die Wissenschaftler effizientere Solarzellen. lesen

Fenster werden zum Energiespeicher

Photovoltaik für die Metropole

Fenster werden zum Energiespeicher

22.02.17 - Das solarenergiespeichernde Fenster wird Realität: Wissenschaftler implementierten erstmals Silizium-Nanopartikel in sogenannte lumineszierende Solarkonzentratoren (LSCs). Jene LSCs bilden die Schlüsselelemente für künftige Photovoltaik-Fenster. lesen

Kommentar zu diesem Artikel abgeben
So nach dem ausreichend Kritik an deutsches Gramatik geübt wurde, will ich hier noch einen Hinweis...  lesen
posted am 14.08.2017 um 16:57 von Unregistriert

Danke für die Anmerkungen, eine solche Häufung von Schreibfehlern in einem Absatz sollte natürlich...  lesen
posted am 18.07.2017 um 13:24 von Sebastian Gerstl,Sebastian Gerstl

In den Unteren Schichten verwendeten die Forschen dagegen Zellen, die aus Galliumantimonid (GaSb)...  lesen
posted am 18.07.2017 um 13:10 von Feldhase

Auch technische Redakteure sollten nicht auf eine Korrekturlesung verzichten. Neben der untypisch...  lesen
posted am 18.07.2017 um 11:51 von FourOfFour


Mitdiskutieren
copyright

Dieser Beitrag ist urheberrechtlich geschützt. Sie wollen ihn für Ihre Zwecke verwenden? Infos finden Sie unter www.mycontentfactory.de (ID: 44789719 / Stromversorgungen)