Photovoltaik Winzige Siliziumdrähte fangen Sonnenlicht ein

Nanodrähte statt Siliziumplatte: Forscher haben neue Solarzellen entwickelt, die mit minimalem Materialeinsatz auskommen - und sich so flexibel verarbeiten lassen, dass sie eines Tages zum Beispiel auf Kleidungsstücken zum Einsatz kommen könnten.

Kraft aus der Sonne: Wirkungsgrad durch spezielle Anordnung stark erhöht
AP / Sven Kästner

Kraft aus der Sonne: Wirkungsgrad durch spezielle Anordnung stark erhöht


London - Wer Solarzellen herstellt, für den sind vor allem zwei Punkte wichtig: Wie effizient wandeln die Bauteile das Sonnenlicht in elektrischen Strom um? Und wie aufwendig ist die Herstellung? US-Forscher haben nun biegsame Solarzellen entwickelt, die beide Anforderungen besonders gut zu erfüllen scheinen - und sich außerdem noch flexibel verarbeiten lassen.

Für die Herstellung der Zellen benötigten die Forscher um Harry Atwater vom California Institute of Technology in Pasadena nur ein Prozent des Materials herkömmlicher Solarmodule. Im Gegensatz zu anderen anpassungsfähigen Solarzellen verfügen die neuentwickelten Exemplare über einen sehr hohen Wirkungsgrad. Das heißt, nur wenig Sonnenenergie geht beim Umwandlungsprozess in elektrische Energie verloren.

Im Fachmagazin "Nature Materials" berichten die Forscher, wie sie winzige Siliziumdrähte nutzten, um das Sonnenlicht einzufangen. Besonders schwierig war es, die Zellen so zu konstruieren, dass sie ein breites Spektrum an unterschiedlichen Wellenlängen und Licht-Einfallswinkeln absorbieren können - bei möglichst wenig Materialeinsatz. Der neue Stoff kann nun 85 Prozent des einfallenden Tageslichtes aufnehmen und enthält lediglich ein Hundertstel des Siliziums herkömmlicher Solarmodule.

Aluminium-Nanopartikel reflektieren einfallendes Licht

Die nötigen Siliziumdrähte stellten die Wissenschaftler mit Hilfe der sogenannten Vapor-Liquid-Solid-Methode her. Dabei lagert sich Siliziumdampf auf einer Platte ab - und mikroskopisch kleine Nanodrähte bilden sich. Diese Drähtchen betteten die Forscher in einen durchsichtigen Trägerstoff ein. Anschließend lösten sie den so entstandenen Film von seinem Untergrund.

Um die für die Energieaufnahme optimale Geometrie zwischen den Drähtchen zu ergründen, stellten die Forscher gleich mehrere Solarfilme her. Sie testeten unter anderem dreieckige, quadratische, zwölfeckige und zufällig gestreute Anordnungen der Fasern.

Die optimale Lösung brachte ein Trick: Trifft das einfallende Sonnenlicht auf die Oberfläche des Solarfilms, hüpft es mehrmals zwischen den verschiedenen Siliziumdrähten hin und her, bevor es absorbiert wird. Wie die Forscher berichten, reflektieren kleine Aluminium-Nanopartikel zwischen den Stäbchen das Licht zusätzlich und sorgen auf diese Weise dafür, dass es an den richtigen Ort gelenkt wird.

Nach Angaben der Wissenschaftler wird durch diese spezielle Anordnung der Wirkungsgrad stark erhöht. Bisher gibt es das neue System allerdings nur für Anwendungen im Labor. Es ist nicht klar, ob und wann es eine kommerzielle Version der Solarzellen geben wird, mit denen dann zum Beispiel Kleidungsstücke beschichtet werden könnten.

chs/ddp

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