Solarzellen am Dach

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Science
10/18/2020

Einfacher Trick macht Solarzellen doppelt so effektiv

Forscher haben einen simplen Weg gefunden, mit dem Solarzellen um 125 Prozent mehr Licht einfangen.

Solarzellen sind derzeit sehr gefragt. Nicht nur für Einfamilienhaus-Besitzer, auch Unternehmen, Energiegemeinschaften und Genossenschaften setzen auf die Eigenerzeugung von Strom durch Sonnenkraft.

Wieviel Strom man mit Solarzellen gewinnen kann, hängt hauptsächlich davon ab, wie oft und stark die Sonne scheint. Ein weiterer Faktor ist, wie viel dieses Sonnenlichts die Solarzelle tatsächlich absorbieren und in Energie umwandeln kann.

Wenn es nach einer Gruppe von Forschern geht, könnte in diesem Bereich ein Durchbruch gelungen sein. Solarzellen könnten künftig mehr als doppelt so effektiv sein, dünner gebaut und damit auch günstiger produziert werden.

Einfaches Muster

Das Ziel der Forscher, die ihre Ergebnisse in einer Studie veröffentlicht haben, war mehr Licht mit vorhandener Technologie einzufangen. Ihre Lösung ist ein Muster, das mit einem Mikrometer Tiefe in die Silizium-Solarzelle (c-Si) geätzt wird.

Sie haben mehrere Muster simuliert. Dabei fanden sie heraus, dass bisher verwendete Muster nur wenig Vorteile bringen. Ein Schachbrett-Muster mit zufälligen Rotationen in einem wiederholenden Muster brachte aber eine um 125 Prozent höhere Absorbierungsrate. Damit wird deutlich mehr Licht eingefangen und weniger abgestrahlt, als mit allen anderen getesteten Mustern.

Laut den Forschern sei es einfach, dieses Muster tatsächlich in der Massenproduktion umzusetzen. Außerdem sei es robuster als Muster mit Nanostrukturen, die komplizierter zum Herstellen sind und weniger Leistungssteigerung bringen.

Günstigere Solarzellen

Die Forscher sagen, dass die Leistungssteigerung unter realen Bedingungen vielleicht geringer sei. Dies sei abhängig von Fertigungstoleranzen in der Massenproduktion, genutzten Materialien und Ätztiefe des Musters.

Dennoch könnte das Muster große Auswirkungen auf die Entwicklung bei Solarzellen haben. Da Solarmodule mit dem Muster mehr Licht einfangen, könne man sie dünner machen, ohne Leistungsverlust im Vergleich zu derzeitigen Solarmodulen.

Wenn sie dünner sind benötigen sie weniger seltene Materialen und können damit günstiger erzeugt und verkauft werden. Das Forscher-Team geht davon aus, dass dies mit dem Faktor 10 möglich ist: „Im Prinzip können wir 10 mal mehr Solarzellen produzieren mit derselben Menge an Absorber-Material. 10 mal dünnere Solarzellen könnten zu einer schnelleren Verbreitung von Photovoltaik führen, da die Einsatzmöglichkeiten steigen. Das wiederum erhöht die Solarstromproduktion und reduziert den CO2-Fußabdruck.“

Die Forscher sehen auch abseits der Photovoltaik Einsatzzwecke für ihr Muster. So könnte es etwa für den Lärmschutz genutzt werden, bei Paneelen zum Stoppen von Wind oder für rutschhemmende Oberflächen.

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