Nanozylinder sollen Leistung erhöhen
Neuartige Optiken könnten durch Sonnenlicht noch mehr Energie erzeugen. Nanostrukturierte Materialien könnten bessere Antireflexbeschichtungen bieten, die mehr Sonnenlicht in eine Solarzelle eindringen lassen. Sie könnten auch verwendet werden, um die verschwenderische Emission von Strahlung bei der Rekombination von Elektronen und Löchern zu begrenzen. Und Elektroden aus einem Netz von Nanodrähten könnten nahezu vollkommen transparent sein.
In Amsterdam habe die Forschungsgruppe von Polman festgestellt, dass Nanozylinder die Leistung von Solarzellen auf verschiedene Weise erhöhen können. Obwohl oberflächlich ähnlich wie bei Quantenpunktanordnungen, würden Nanozylinder aus einem Isoliermaterial und nicht aus einem Halbleiter hergestellt. Anstatt Licht zu absorbieren, hätten sie einfach einen anderen Brechungsindex als das umgebende Material. Infolgedessen prallten bestimmte Wellenlängen des Lichts von der Anordnung ab, während andere übertragen würden.
Das Licht hin und her springen lassen
Polman arbeitet an einem Reflektor auf Basis von Nanozylindern aus Titanoxid, um die Leistung von Perowskit-Silizium-Tandemzellen zu steigern. Diese Nanozylinder bildeten eine separate Schicht zwischen Perowskit und Silizium. Wenn Licht in die Zelle eindringe, absorbiere die Perowskitschicht den größten Teil des kurzwelligen Lichts – aber ein Teil davon gehe durch, ohne eingefangen zu werden. Die Nanozylinder hätten den richtigen Abstand, um dieses nicht absorbierte Licht wieder in die Perowskitschicht zu reflektieren, so dass es eine zweite Chance habe, absorbiert zu werden.
Im Gegensatz dazu könne das längerwellige Licht direkt durch die Nanozylinderschicht hindurchgehen, ohne reflektiert zu werden, so dass es das darunter liegende Silizium erreichen könne. Ähnliche Methoden könnten das Einfangen von Licht in vielen Formen von Solarzellen verbessern und das Licht hin und her springen lassen, bis es absorbiert wird.
50% Gesamtwirkungsgrad als Ziel
Solche spektral selektiven Reflektoren könnten auch bessere Tandemzellen ermöglichen. Das Aufkleben einer Schicht auf eine andere verursachemehrere Probleme, darunter die Notwendigkeit, die von jeder Schicht erzeugten Ströme anzupassen. Das sei schon schwierig genug für ein zweilagiges Tandem, ganz zu schweigen von drei oder mehr. „Wenn sich die Lichtverhältnisse ändern, kann eine der Zellen weniger Strom erzeugen, was den gesamten Stapel nach unten zieht“, sagt Polman. So arbeite er mit Harry Atwater und seiner Gruppe am California Institute of Technology in Pasadena, CA, zusammen, um ein Gerät zu bauen, das Reflektorschichten verwendet, um Licht in sechs Zellen zu leiten, die jeweils auf ein anderes Wellenband abgestimmt und Seite an Seite gestapelt seien. Ziel sei es, ein Gerät mit einem Gesamtwirkungsgrad von 50% herzustellen, und andere optische Verbesserungen könnten dieses noch höher ansetzen. Noch sei nicht klar, welche dieser Technologien sich zu den Superzellen der Zukunft zusammenschließen werden, aber die Dynamik scheine unaufhaltsam zu sein. „PV ist fast überall in den USA billiger als fossile Brennstoffe“, sagt Forrest. Und es wird noch billiger werden. „Die Dinge“, sagt er, „bewegen sich schnell.“
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