Die Schicht könnte billiger als eine Tandem-Solarzelle sein

Die Forscher benutzten ihre einfache Solarzelle hauptsächlich dazu, überhaupt nachzuweisen, dass Licht zwei Elektronen im Tetracen freisetzt und diese dann auch ins Silizium gelangen. Tetracen ist dabei allerdings nicht sehr effizient. Auch die Siliziumzelle entsprach nicht den normalen Industriestandards und erreichte nur eine Effizienz von 5 Prozent.

Stellenmarkt
  1. IT-Berater (w/m/d) Anwendungen
    Heraeus Infosystems GmbH, Hanau
  2. Embedded Software Architect Electronics & Innovation (m/w/d)
    Silver Atena GmbH, Stuttgart
Detailsuche

Laut den Forschern besteht die Herausforderung - neben einem Ersatz für Tetracen - vor allem in der Erzeugung einer derart dünnen Schicht Hafniumoxynitrid. Sie besteht nur noch aus wenigen Atomlagen, muss dabei durchweg die gleiche Dicke haben und chemisch überall gleich bleiben. Außerdem müssen die Stoffe auch langfristig stabil bleiben. Wenn der Prozess aber einmal beherrscht ist, könnte er mit viel weniger Aufwand als Tandem-Solarzellen die Effizienz von Siliziumzellen steigern.

Die Steigerung der Effizienz hat dabei in beiden Fällen den gleichen physikalischen Grund. Halbleitermaterialien können nur Photonen absorbieren, die mindestens die Energie haben, die ihrer sogenannten Bandlücke entspricht. Ein Photon mit zu wenig Energie durchdringt einfach den Stoff. Stoffe mit sehr großer Bandlücke, wie etwa Quarz, sind deswegen für normales Sonnenlicht vollkommen transparent. Die Photonen des Sonnenlichts haben zu wenig Energie, um Elektronen aus ihrem Platz im Quarzkristall zu stoßen.

Überschüssige Energie von Photonen geht verloren

Solarzellen können aber aus einem Elektron nicht mehr elektrische Energie erzeugen, als es ihrer Bandlücke entspricht. Alle überschüssige Energie geht als Wärme verloren. Ein Material wie Silizium, mit kleiner Bandlücke, kann also Elektronen von vielen Photonen nutzen. Aber dabei geht viel Energie verloren. Mit großer Bandlücke geht pro Elektron weniger Energie verloren, aber viele Photonen gehen einfach durch die Solarzelle hindurch. Der Kompromiss begrenzt die maximal mögliche Effizienz der Stromerzeugung, die sogenannte Shockley-Queisser-Grenze.

Golem Akademie
  1. Netzwerktechnik Kompaktkurs
    8.-12. November 2021, online
  2. IT-Fachseminare der Golem Akademie
    Live-Workshops zu Schlüsselqualifikationen
  3. 1:1-Videocoaching mit Golem Shifoo
    Berufliche Herausforderungen meistern
Weitere IT-Trainings

Bei Tandem-Solarzellen wird zuerst eine Zelle mit großer Bandlücke benutzt. Die Photonen mit zu wenig Energie kommen anschließend mit einer anderen Zelle mit kleinerer Bandlücke. Das Problem ist, dass dabei zwei Solarzellen direkt übereinander gebaut werden müssen, inklusive aller elektrischen Kontakte. Noch dazu bestehen sie aus völlig unterschiedlichen Materialien, was den Herstellungsprozess aufwendig und teuer macht.

Eine Beschichtung aus zwei dünnen Schichten könnte viel einfacher in die normale Produktion integriert werden. Dabei übernimmt das Tetracen - oder ein ähnlicher Stoff - die Aufgabe der oberen Solarzelle mit großer Bandlücke. Tetracen absorbiert nur Photonen mit wenigstens 2,4 Elektronenvolt (eV) und lässt andere Photonen durch, die von der Siliziumzelle mit ihrer Bandlücke von 1,1 eV in elektrische Energie umgewandelt werden.

Ein Prozess mit mehr Verlusten würde effizienter sein

Photonen mit mehr als 2,4 eV haben zumindest die Chance, ein Tetracen-Molekül in einen Zustand zu versetzen, in dem es anschließend zwei Elektronen mit 1,25 eV freisetzt. Dann kann jedes der beiden Elektronen in der Solarzelle 1,1 eV Energie als Strom abgeben, während ein Photon mit 2,4 eV sonst nur ein solches Elektron erzeugen könnte.

Allerdings hat Tetracen ein Problem. Zwei Elektronen mit 1,25 eV haben zusammen mehr Energie als das Photon mit 2,4 eV. Die restliche Energie stammt aus der Wärme des Materials. Die Zusatzenergie könnte dabei zwar prinzipiell auch zur Stromerzeugung beitragen, hat aber einen großen Nachteil. Der ganze Prozess beruht auf physikalischen Bedingungen, die nicht immer in allen Molekülen anzutreffen sind. Dadurch werden nicht aus jedem Photon zwei Elektronen freigesetzt.

Ein Prozess, bei dem etwas Energie als Wärme verloren ginge, würde viel schneller und zuverlässiger ablaufen als der im Tetracen. Dann ginge zwar pro Elektron etwas Energie verloren, aber es gingen nicht mehr so viele Elektronen verloren. Bis der ganze Prozess einmal marktreif ist, dürften noch viele Jahre vergehen, aber wahrscheinlich weniger als die 40 Jahre, in denen daran schon geforscht wird.

Bitte aktivieren Sie Javascript.
Oder nutzen Sie das Golem-pur-Angebot
und lesen Golem.de
  • ohne Werbung
  • mit ausgeschaltetem Javascript
  • mit RSS-Volltext-Feed
 Forschung: Mehr Elektronen sollen Photovoltaik effizienter machen
  1.  
  2. 1
  3. 2


UserName-001 12. Jul 2019

Den benötigst du wenn du von Autarkie sprichts auf jeden fall. Je nach Verbrauch und...

interlingueX 10. Jul 2019

Da würde ich mich mal bei Google Scholar umsehen. Ist ein recht brauchbarer Anhaltspunkt...

interlingueX 10. Jul 2019

Ich finde es immer schade, wie ungnädig manche Leser mit derlei Ankündigungen umgehen...

osolemiox 10. Jul 2019

Denn genau genommen sind Standard-Solarmodule mit 270-280 Watt und einem VK von etwa 80...

melaw 09. Jul 2019

Der Tunnelprozess ist nicht sehr effizient. Insgesamt befürchte ich, dass die Technik...



Aktuell auf der Startseite von Golem.de
Infiltration bei Apple TV+
Die Außerirdischen sind da!

Nach Foundation wartet Apple innerhalb kürzester Zeit gleich mit der nächsten Science-Fiction-Großproduktion auf. Diesmal landen die Aliens auf der Erde.
Eine Rezension von Peter Osteried

Infiltration bei Apple TV+: Die Außerirdischen sind da!
Artikel
  1. Truth Social: Trumps soziales Netz bekommt Probleme mit Hackern und Lizenz
    Truth Social
    Trumps soziales Netz bekommt Probleme mit Hackern und Lizenz

    Hacker starten in Trumps-Netzwerk einen "Online-Krieg gegen Hass" mit Memes. Der Code scheint illegal von Mastodon übernommen worden zu sein.

  2. Krypto: NRW versteigert beschlagnahmte Bitcoin
    Krypto
    NRW versteigert beschlagnahmte Bitcoin

    Nordrhein-Westfalen hat Bitcoin im achtstelligen Eurobereich beschlagnahmt und will diese jetzt loswerden - im Rahmen einer Auktion.

  3. Rust, Deepfake, Sony, Microsoft: Konsolen-Termin für Among Us, mehr Speicher für die Xbox
    Rust, Deepfake, Sony, Microsoft
    Konsolen-Termin für Among Us, mehr Speicher für die Xbox

    Sonst noch was? Was am 22. Oktober 2021 neben den großen Meldungen sonst noch passiert ist, in aller Kürze.

Du willst dich mit Golem.de beruflich verändern oder weiterbilden?
Zum Stellenmarkt
Zur Akademie
Zum Coaching
  • Schnäppchen, Rabatte und Top-Angebote
    Die besten Deals des Tages
    Daily Deals • Seagate SSDs & HDD günstiger (u. a. ext. HDD 14TB 326,99) • Dualsense PS5-Controller Weiß 57,99€ • MacBook Pro 2021 jetzt vorbestellbar • World of Tanks jetzt mit Einsteigerparket • Docking-Station für Nintendo Switch 9,99€ • Alternate-Deals (u. a. iPhone 12 Pro 512GB 1.269€) [Werbung]
    •  /