Effizienter mit Nanodraht-Solarzellen

Solarzellen aus Nanodrähten könnten in Zukunft bemerkenswerte hohe Ausbeuten erreichen. Denn wie Forscher am Niels-Bohr-Institut und der Eidgenössischen Technischen Hochschule Lausanne (EPFL) gezeigt haben, kann ein Nanodraht ganz von selbst das Sonnenlicht bündeln. 

Wie die Forscher in Nature Photonics berichten, steigt die Intensität dadurch bis auf das 15-Fache der normalen Sonneneinstrahlung. Somit haben Nanodraht-Solarzellen das Potenzial, Licht viel effizienter in Strom umzuwandeln als klassische Solarzellen - sogar das bislang akzeptierte theoretische Effizienzlimit wird infrage gestellt. Die Physiker William Shockley und Hans Queisser haben in den 1960er-Jahren berechnet, dass eine einfache, herkömmliche Solarzelle nie mehr als rund ein Drittel des einfallenden Sonnenlichts in Strom umwandeln kann. Noch höhere Effizienzen sind nach bisheriger Lehrmeinung nur mit Tricks möglich - durch Zellen, die mehrere aktive Schichten haben und/oder ein Bündeln des Lichts durch Spiegel- oder Linsensysteme. Genau hier können Nanodrähte auftrumpfen. 

"Da ist Lichtbündelung eine intrinsische Eigenschaft", erklärt Peter Krogstrup, Postdoc am Niel-Bohr-Institut, im Gespräch mit pressetext. Die Intensität steigt um einen Faktor bis zu 15. Das stellt relativ einfach aufgebaute, hocheffiziente Solarzellen in Aussicht, da Nanodrähte eben den Vorteil der Lichtbündelung ohne Spiegel oder Linsen erschließen. Es ist den Forschern zufolge also denkbar, dass eine optimal konstruierte Nanodraht-Solarzelle, die direkt mit Sonnenlicht bestrahlt wird, letztlich die Shockley-Queisser-Grenze von 33,7 Prozent Effizienz durchbrechen kann. Der Weg dorthin ist allerdings noch weit.

Eine echte Solarzelle wird nicht aus einem Nanodraht bestehen, sondern aus einer Anordnung etlicher solcher Drähte (siehe Bild). Es wird also nötig sein, einen optimalen Abstand zwischen den einzelnen Komponenten zu bestimmen, damit der Bündelungseffekt erhalten bleibt - wären die Nanodrähte zu eng gepackt, würden sie sich wohl eher wie eine normale Solarzelle verhalten, so Krogstrup. Seiner Ansicht nach wird wohl noch jahrelang daran geforscht werden, wie die optimale Nanonodraht-Solarzelle aussieht.

Derzeit sind solche Solarzellen von revolutionären Effizienzen aber noch weit entfernt. Mit 13,8 Prozent ist derzeit eine jüngst von der Universität Lund präsentierte Entwicklung (Nanodrähte ermöglichen günstige Solarzellen) top. Das schwedische Team sprach davon, dass eine relativ hohe Effizienz dank "resonanter Lichtabsorption" erreicht werde - und eben diese Beobachtung sieht das Team an Niels-Bohr-Insitutut und EPFL nun durch seine Arbeit bestätigt. 

Quelle: pressetext 2013

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