Thermoelektrik: Leistungsschub für Solarzellen durch breiteres Spektrum

Eine 15-fache Erhöhung der Effizienz macht die Thermoelektrik zu einer nutzbaren Energiequelle. Nicht nur die Kombination mit Photovoltaik ist denkbar.

14. August 2025 um 16:36 Uhr / Mario Petzold

Chunlei Guo testet ein thermoelektrisches Element. Bild: University of Rochester/J. Adam Fenster

An der Universität von Rochester , Großbritannien, wurden thermoelektrische Elemente entscheidend optimiert. Die können aus den Temperaturunterschieden zwischen Ober- und Unterseite Strom erzeugen, indem Infrarot-A-Strahlung umgewandelt wird. Das langwellige, nicht sichtbare Licht kann mit normalen Solarzellen nicht genutzt werden, erhitzt diese aber.

Das Forschungsteam, laut dessen Aussage bisher allenfalls 1 Prozent der einstrahlenden Energie in Strom umgewandelt werden kann, hat diesen Wert um das 15-fache erhöht. Gelungen ist das durch Anpassungen, die insgesamt lediglich zu einer Erhöhung des Gewichts des Systems um 25 Prozent geführt haben.

Temperaturmanagement erhöht die Leistung

Entscheidend ist eine Erhöhung des Temperaturunterschieds zwischen beiden Seiten. Dafür wurde die Wolframbeschichtung mit Laserlicht bestrahlt, um die Absorptionsfähigkeit für Infrarotlicht zu erhöhen, gleichzeitig aber die Abgabe langwelligerer Strahlung, also die Wärmeabstrahlung zu reduzieren. Hinzu kommt eine transparente Kammer, die die Wärme zusätzlich hält.

Auf der Unterseite befindet sich Aluminium zur schnelleren Wärmeabfuhr. Das thermoelektrische Element arbeitet bei Temperaturen zwischen 40 °C und 100 °C. Je heißer die Ober- und je kälter die Unterseite ist, desto mehr Strom wird produziert.

Zahlreiche Anwendungsmöglichkeiten

Dabei ist nicht nur die Kombination mit Solarzellen eine denkbare Anwendungsmöglichkeit. Hier könnte das langwelligere Licht zusätzlichen Strom erzeugen, wobei der Anteil an der Gesamtproduktion natürlich relativ klein ausfällt, weil langwellige Strahlung weniger energiereich ist. Ein Vorteil wäre aber, dass die für Effizienz von Photovoltaik abträgliche Erwärmung dennoch genutzt wird.

Auch an Stellen, an denen ausschließlich Wärmestrahlung auftritt, könnten die thermoelektrischen Elemente eingesetzt werden. Mit der Wärme eines Motors ließen sich Sensoren betreiben und sogar die Körperwärme könnte für die Stromproduktion genutzt werden, beschreibt Chunlei Guo, der leitende Autor der Studie.

Die Studie findet sich frei zugänglich in Nature Light: Science & Applications .