Bessere Solarzellen: Neues Material verspricht 190 Prozent Quantenausbeute

Forscher der Universität von Lehigh, USA, haben ein neues Material entwickelt. Das soll die Effizienz von Solarzellen deutlich erhöhen können.

Es erreicht eine Quantenabsorption von 190 Prozent. Die meisten herkömmlichen Solarzellen-Materialien schaffen 100 Prozent. Das bedeutet, dass mit jedem Photon, das auf die Solarzelle trifft, ein Elektron freigesetzt wird. 

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Das Elektron bewegt sich in der Solarzelle vom Minus zum Pluspol, wo es dann aufgefangen wird. So entsteht der Stromfluss. Das neue Material macht es aber möglich, dass ein Photon mehr als ein Elektron freisetzen kann.

Ideales Material für die Absorption von Sonnenlicht

Möglich wird das mithilfe der sogenannten „Zwischenbandzustände“. Sie beschreiben das Energieniveau im Material. Laut Chinedu Ekuma, der den Prototyp entwickelt hat, sei das im neuen Material ideal, um Sonnenenergie zu absorbieren und umzuwandeln. Vor allem im Infrarotbereich und im sichtbaren elektromagnetischen Spektrum funktioniere das Material gut.

Traditionelle Materialien verlieren eine Menge Energie durch Reflektion und Wärme. Um dem entgegenzuwirken, nutzt Ekuma „van-der-Waals-Lücken“. Diese atomar kleinen Lücken werden von Materialforscher*innen verwendet, um Moleküle einzusetzen und die Materialeigenschaften zu verändern.

In diesem Fall wurde eine bestimmte Art Kupfer aus Germanium Selenide (GeSe) und Zinnsulfid (SnS) verwendet. Es bringt jene Eigenschaften für die idealen Zwischenbandzustände mit.

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Weitere Forschung nötig

Der vielversprechende Prototyp entstand mithilfe von Computermodellen. Die große Herausforderung sei jetzt, ihn in bestehende Solarstrom-Systeme zu integrieren. Das erfordere weitere Forschung. Die Ergebnisse der Studie wurden im Fachmagazin Science Advances veröffentlicht.