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Schwarze Silizium-Solarzellen, um mehr Licht einzufangen
Um mehr Strom aus Solarzellen zu gewinnen, haben viele Wissenschaftler das Infrarotlicht im Blick.
Das Strahlen eines speziell abgestimmten Lasers in Gegenwart von Schwefelgas verändert die Textur von Solarzellen, um Infrarotlicht zu absorbieren. Bild: Fraunhofer
Etwa ein Viertel der Energie des Sonnenlichts geht bei Solarzellen im Wesentlichen verloren, weil sie Licht im Infrarotspektrum nicht in Strom umwandeln können. Dies hat zu einem aktiven Forschungsgebiet des sogenannten schwarzen Siliziums geführt, bei dem die Oberfläche von Siliziumsolarzellen so modifiziert wird, dass sie Infrarotlicht absorbiert und nicht reflektiert.
Das deutsche Forschungsinstitut Fraunhofer hat einen Weg entwickelt, die Effizienz von schwarzem Silizium zu verdoppeln. Bei Integration in die bestehende Photovoltaik-Fertigung könnte die Technik den Wirkungsgrad von Siliziumzellen, der im Durchschnitt rund 17 Prozent beträgt, um 1 Prozent verbessern. Abhängig von den Kosten, die die Technologie verursachen würde, könnte dies dazu beitragen, die Kosten für Solarstrom zu senken.
Schwarzes Silizium wird hergestellt, indem Solarzellen mit Lasern in Gegenwart von Schwefelgas beaufschlagt werden, um die Textur der Zellen zu verändern. Dadurch wird die Oberfläche strukturiert und Schwefelatome in das Siliziumgitter integriert, wodurch das behandelte Material schwarz erscheint, erklärt Stefan Kontermann, der am Fraunhofer-Institut die Forschungsgruppe Nanomaterialien zur Energieumwandlung leitet, in a Erklärung .
Fraunhofer-Forscher verbesserten die Effizienz von schwarzem Silizium, indem sie den Laserpuls steuerten, der die Schwefelatome in die Siliziumzelle treibt. Die Änderung der Position des Schwefels verringert die Menge an Infrarotenergie, die benötigt wird, um Elektronen anzuregen, damit sie in Elektrizität umgewandelt werden. Es erzeugt effektiv ein mittleres Energieniveau, auf dem mehr Infrarotlicht Strom erzeugen kann. Wir nutzten die Laserpulse, um den eingebetteten Schwefel zu verändern, um die Anzahl der Elektronen, die nach oben steigen können, zu maximieren, während die Anzahl, die wieder nach unten gehen kann, minimiert wird, sagt Kontermann.
Die Forscher haben einen Prototyp hergestellt und hoffen, einen Algorithmus zu entwickeln, um am besten zu bestimmen, wie Laserpulse modifiziert werden sollten, um das Energieniveau des Schwefels zu ändern. Fraunhofer beabsichtigt, ein Spin-off-Unternehmen zu gründen, um die Forschung zu kommerzialisieren, damit Hersteller Tandem-Solarzellen mit normalem und schwarzem Silizium herstellen können.
Das National Renewable Energy Laboratory in Colorado hat eine chemische Behandlung zur Verbesserung der Leistung von schwarzem Silizium entwickelt, die von . lizenziert wurde Natcore-Technologie (siehe Schwarzes Silizium macht Solarzellen billiger).