Solarzellen mit massiv verbessertem Wirkungsgrad möglich

Interessante Entwicklung aus Berkeley. Solarzellen auf Indiumgalliumnitrid-Basis können die Wirkungsgrad erhöhen. Machte bisher keinen Sinn, weil das einfach nur teurer als die klassischen Materialien war. Jetzt hat man aber einen Kniff gefunden, der das doch interessant machen könnte, weil so ein deutlich höherer Wirkungsgrad erreicht werden kann.

Dazu muss ich etwas ausholen. Jedes Material kann nur einen bestimmten Bereich der Sonnenstrahlung aufnehmen, genauer einen bestimmten Wellenlängenbereich. Daher bekommt man mit einem Material selbst theoretisch nur einen Wirkungsgrad von etwa 30% hin. Praktisch werden daraus dann etwa 25%, wobei die gängigen Solarzellen noch etwas niedriger liegen, weil dort das Maximum aus Leistung und Preis erreicht wird.

Wenn man den Wirkungsgrad nun weiter erhöhen möchte, muss man mehrere Materialien kombinieren. Dann fängt eins einen Wellenlängenbereich ein und das anderen einen anderen. Da die Wellenlängen unterschiedlich tief in das Material eindringen, muss man die Schichten im entsprechendem Abstand aufbringen und schon fängt man mehr Wellenlängenbereiche ein als vorher (übrigens gibt es einen Photosensor für Digitalkameras (Foveon), der diesen Effekt des unterschiedlich tiefen Eindringens der Wellenlängen benutzt, um in einem Pixel mehrere Farben (=Wellenlängen) zu erkennen). Wenn sich die Bereiche nicht überlappen, kann man den Wirkungsgrad nahezu verdoppeln. Das Problem: Was theoretisch einfach ist, kann mangels Produktionstechnik nicht umgesetzt werden. Das Trägermaterial ist unterschiedlich, bei der Produktion entstehen Verschmutzungen, usw.

Und genau hier kommt das neue Material zum Einsatz: Indiumgalliumnitrid ist "tunebar", mit dem Grad der Dotierung des Materials ändert sich die Wellenlängenbereich, den das Material absorbiert und in Elektrizität umwandelt. Wenn man nun zwei Schichten kombiniert, kommt man auf etwa 50% Wirkungsgrad. Theoretisch kann man noch mehr Lagen konstruieren und auf etwa 70% Wirkungsgrad kommen.

Da man hier nur mit einem Material für beide Schichten arbeitet, kann man das voraussichtlich produktionstechnisch in den Griff bekommen. Im Labor klappt das schon. Ob sich das rechnet, ist noch eine andere Frage, aber es gibt vor allem in der Raumfahrt ein großes Interesse an einem solch hocheffizienten Solarzelle, da in der Raumfahrt Gewicht und Größe eine viel wichtigere Rolle spielen als hier unten. Dort kann sich das Material sehr schnell rechnen. Auch werden hier möglicherweise Anwendungen möglich, die man bisher wegen Energiemangel nicht umsetzen konnte.

Originalartikel hier.

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