Geschichtete Solarzellen führen zu neuer Effizienz

Solarzellen noch effektiver gestalten – das hat sich ein internationales Forscherteam zum Ziel gemacht. Das Ergebnis sind sogenannte Sauerstoff – Heterostrukturen, die einen verbesserten Stromfluss versprechen.

Das Prinzip geschichteter Solarzellen

Bei herkömmlichen Solarzellen wird durch Lichteinstrahlung ein Elektron gelöst, das dann ein positiv geladenes, sogenanntes „Loch“ hinterlässt. Das Spannungsverhältnis zwischen positiver und negativer Ladung bedingt den Stromfluss. Die Neukombination der freigewordenen Ladungen verläuft jedoch nicht immer einwandfrei.

Um die Effektivität der Solarzellen zu erhöhen und den Stromfluss zu verbessern, haben die Forscher jetzt eine neue Methode entwickelt. Die Lösung heißt: Durch besondere Schichtung des Materials ein elektrisches Spannungsfeld erzeugen, sodass Elektronen und Löcher quasi auseinandergezerrt werden und eine schnellere Rekombination stattfinden kann.

Das konkrete Prinzip ist einfach, aber sicher. Bestimmte Sauerstoffverbindungen werden in unregelmäßiger Reihenfolge geschichtet; hierbei werden allerdings nicht, wie gewöhnlich, Halbleiter verwendet, sondern Oxide. An den Grenzen der einzelnen Schichten, wird eine metallische Funktion erzeugt, die dazu beiträgt, dass der Strom gut geleitet wird.

Verbesserte Lichtverwertung

Das wichtigste Kriterium für eine gute Solarzelle ist die größtmögliche Absorption  und Umwandlung von Sonnenlicht. Der neue Aufbau verspricht eine noch bessere Verwertungsquote, als bei gewöhnlichen Solarzellen. Das Geheimnis liegt hierbei in der metallischen Eigenschaft der Oxid-Schichten. Tests bewiesen, dass Vanadium und Lanthan sich besonders gut eignen, um das Sonnenlicht zu absorbieren.

Da das Licht der Sonne in ungleichen Wellenlängen auf die Erde beziehungsweise die Solarzellen trifft, ist es wichtig, dass das Koppeln von Zellen mit unterschiedlicher Schichtung möglich ist. Laut Forscherteam soll dies auch bei den neuen Sauerstoff – Heterostrukturen kein Problem sein und in etwa so ablaufen, wie bei Mehrfach – Solarzellen, die bereits verschiedenartige Wellen absorbieren können. Durch diese Eigenschaft gewinnt die Erfindung noch einmal an Potenzial, da der Spielraum des verwertbaren Lichts enorm steigt.
Ein weiterer Vorteil der neuentwickelten Zelle ist ihre unglaublich dünne Gestalt, was sie vielseitig einsetzbar macht. Außerdem benötigen sie im Gegensatz zu geläufigen Silizium- Zellen, keine Drähte an den Seiten, die eine Verdunklung erzeugen.

Ausblick

Ob die neuentwickelten Solarzellen die gängigen Zellen langfristig ablösen werden, ist noch unklar, denn in der Produktion gestalten sie sich vergleichsweise intensiv. Doch die Forscher blicken dem Ganzen überzeugt entgegen, denn sie sind sicher, dass die bessere Einsetzbarkeit der Zellen und ihre hohe Effizienz überzeugen werden. Zumindest in gewissen Sektoren verfügen die geschichteten Zellen über vielversprechendes Potenzial.

Da die Zellen bisher lediglich als Computersimulation existieren, kann der tatsächliche Mehrgewinn an Strom noch nicht genau vorhergesagt werden. Prototypen sollen jetzt zeigen, was wirklich in den Schicht – Solarzellen steckt.