Photovoltaik Ultradünne Solarzelle erreicht Rekordwirkungsgrad

Einem Team unter der Leitung der University of Surrey ist es gelungen, die von hauchdünnen Photovoltaik-Paneelen absorbierte Energie um 25 Prozent zu erhöhen.

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Die dünne Siliziummembran nutzt eine ungeordnete Wabenschicht, um die Absorption von Sonnenlicht zu maximieren.
Die dünne Siliziummembran nutzt eine ungeordnete Wabenschicht, um die Absorption von Sonnenlicht zu maximieren.
(Bild: University of Surrey)

Die nur 1 μm dicken Solarzellen der Forscher wandeln Licht effizienter in Strom um als andere, ebenso dünne Paneele und ebnen den Weg zu einer allgemeineren Versorgung mit sauberer, grüner Energie.

„Eine der Herausforderungen bei der Arbeit mit Silizium besteht darin, dass fast ein Drittel des Lichts direkt vom Silizium abprallt, ohne dass es absorbiert und die Energie nutzbar gemacht wird“, erklärt Dr. Marian Florescu vom Advanced Technology Institute der University of Surrey. „Eine strukturierte Schicht über dem Silizium hilft dabei, dieses Problem zu lösen, und unser ungeordnetes, aber sehr gleichmäßiges Wabendesign ist besonders erfolgreich.“

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Ungeordnete Wabenschicht auf einer Siliziumscheibe

Das Team nutzte die Eigenschaften des Sonnenlichts, um eine ungeordnete Wabenschicht zu entwickeln, die auf einer Siliziumscheibe liegt. Der Aufbau gleicht dem von Schmetterlingsflügeln oder Vogelaugen. Das Wabendesign ermöglicht die Lichtabsorption aus jedem Winkel und fängt das Licht im Inneren der Solarzelle ein, wodurch mehr Energie erzeugt werden kann.

Das Forscherteam der University of Surrey und des Imperial College London arbeitete mit experimentellen Mitarbeitern von AMOLF in Amsterdam zusammen, um die neue ultradünne Photovoltaikanlage zu entwerfen, zu modellieren und herzustellen.

Im Labor erreichten sie Absorptionsraten von 26,3 mA/cm², eine Steigerung um 25 Prozent gegenüber dem bisherigen Rekord von 19,72 mA/cm² aus dem Jahr 2017. Sie erreichten einen Wirkungsgrad von 21 Prozent, gehen aber davon aus, dass dieser Wert durch weitere Verbesserungen noch gesteigert werden kann, sodass der Wirkungsgrad deutlich besser ist als bei vielen kommerziell erhältlichen Photovoltaikanlagen.

Enormes Potenzial ultradünner Photovoltaik

„Es gibt ein enormes Potenzial für den Einsatz ultradünner Photovoltaik. Da sie so leicht sind, werden sie beispielsweise im Weltraum besonders nützlich sein und könnten neue extraterrestrische Projekte realisierbar machen“ ergänzt Dr. Florescu. „Da sie so viel weniger Silizium verbrauchen, erhoffen wir uns auch hier auf der Erde Kosteneinsparungen. Außerdem könnte das Internet der Dinge mehr Nutzen bringen und es könnten Null-Energie-Gebäude mit lokaler Stromversorgung entstehen.“

Die Ergebnisse könnten nicht nur für die Solarenergieerzeugung von Nutzen sein, sondern auch für andere Branchen, in denen Lichtmanagement und Oberflächentechnik von entscheidender Bedeutung sind, z. B. für die Photoelektrochemie, Festkörperlichtemission und Photodetektoren.

Zu den nächsten Schritten des Teams gehören die Suche nach kommerziellen Partnern und die Entwicklung von Fertigungstechniken.

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