Photovoltaik: 1000-mal mehr Lichtstrom mit neuer Technik

Die meisten Solarzellen nutzen Silizium als Ausgangsmaterial, um Licht in elektrische Energie umzuwandeln. Der Wirkungsgrad, also wieviel einstrahlendes Sonnenlicht tatsächlich in Strom umgewandelt wird, ist aber physikalisch beschränkt. Silizium-Solarzellen auf Massenfertigung haben deshalb einen Wirkungsgrad von etwa 18 bis 22 Prozent.

Deshalb wird an anderen Materialen geforscht. Als Hoffnungsträger der Photovoltaik gilt Bariumtitanat, einem Mischoxid aus Barium und Titan. Dieses ist sehr effektiv darin das absorbierte Licht in Energie umzuwandeln. Allerdings absorbiert es nur wenig Licht, weshalb im Endeffekt wieder wenig Lichtstrom erzeugt wird.

Dieses Problem könnten Forscher*innen der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg jetzt gelöst haben. Sie waren selbst überrascht, wie gute ihre Lösung funktioniert.

Neues Material ist 1000-mal effizienter

Der Trick ist Materialen mit verschiedenen Eigenschaften zu mischen. Das Bariumtitanat wurde zwischen Strontium- und Calciumtitanat eingebettet. Dazu wurden Kristalle mit einem Laser verdampft und auf Trägersubstraten abgelagert. Das so entstandene Material besteht auf 500 Schichten, ist aber lediglich 200 Nanometer dünn (0,0002 mm).

Für den Labortest wurde das neue Material mit Laserlicht bestrahlt. Die Forscher*innen waren laut eigener Angabe vom Ergebnis überrascht. Der Stromfluss war bis zu 1.000-mal stärker als mit reinem Bariumtitanat derselben Dicke. Dabei hat das neue Material um zwei Drittel weniger Bariumtitanat-Anteil, das aber immer noch die photoelektrische Hauptkomponente ist.

Neues Material ist sehr robust, könnte in die Massenfertigung gehen

Das neue Material scheint auch sehr robust zu sein. Über den Testzeitraum von 6 Monaten war der Stromfluss nahezu konstant hoch. Das gilt zudem für alle Temperaturbereiche – eine wichtige Eigenschaft, wenn es darum geht, dass das neue Material in massengefertigten Solarmodulen genutzt werden soll. Es soll außerdem einfacher zu produzieren sein, als Silizium-Solarzellen.

Jetzt stehen noch weitere Tests an. Denn bisher ist noch nicht ganz klar, wieso überhaupt dieser überragende Effekt zustande kommt. Die Forscher*innen sind aber zuversichtlich, dass die neue Technik, bzw. das neue Material in ein paar Jahren in Solarmodulen zum Einsatz kommen könnte.