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Wie lichtfangende Oberflächen die Effizienz von Solarzellen steigern
Die Verbesserung der Effizienz von Photovoltaikzellen ist eine der großen Herausforderungen für die Wissenschaft der erneuerbaren Energien. Im Labor können die besten Zellen fast die Hälfte des auf sie einfallenden Sonnenlichts in Strom umwandeln (44 Prozent), obwohl kommerzielle Zellen weniger als die Hälfte davon sind.
Eine Möglichkeit, die Sache zu verbessern, besteht darin, die von der Zelle reflektierte oder durch sie durchgelassene Lichtmenge zu minimieren, da diese Energie eindeutig verloren geht. Der konventionelle Ansatz besteht darin, eine Antireflexbeschichtung zu verwenden, die optimiert werden kann, um Reflexionen insbesondere bei den optimalen Frequenzen der Zelle zu minimieren.
Aber es gibt ein Problem. Obwohl diese Beschichtungen gut darin sind, Reflexionen zu verhindern, können sie die Lichtdurchlässigkeit nicht verhindern. Und für die nächste Generation von Dünnschichtsolarzellen ist dies ein besonderes Problem. In einigen Fällen geht fast die Hälfte des Lichts direkt durch.
Daher konzentriert sich die neueste Forschung auf einen anderen Ansatz – das Einfangen von einfallendem Licht und das Einfangen an der Oberfläche. Dies verhindert sowohl Reflexion als auch Transmission und hat damit das Potenzial, den Wirkungsgrad von Dünnschichtsolarzellen deutlich zu steigern. Die Frage ist natürlich, wie man dies wirtschaftlich am besten macht.
Heute enthüllen Constantin Simovski von der Aalto-Universität in Finnland und ein paar Freunde ihren Entwurf für eine neue lichteinfangende Struktur. Ihre Idee besteht darin, eine Zelle mit einer regelmäßigen Anordnung von Silber-Nanoantennen zu bedecken, die gewöhnliche einfallende Wellen in exotischere umwandeln, die sich durch die Photovoltaik-Platte selbst ausbreiten.
Die Arbeit ist eine theoretische Studie und Simulation, wie gut diese Nanoantennen sein können, und die Schlussfolgerungen sind vielversprechend. Wir zeigen, dass [das Nanoantennen-Array] die spektrale Gesamteffizienz von Solarzellen mit sehr geringer Dicke signifikant erhöhen kann. Sie sagen.
Die Simulationen ergeben einige interessante Zahlen. Simovski und Co. berechnen, dass bei einer gewöhnlichen Antireflexbeschichtung etwa 7 Prozent des Lichts durch Reflexion verloren gehen, während 46 Prozent durch Transmission verloren gehen.
Im Gegensatz dazu verliert ihre lichteinfangende Oberfläche 20 Prozent an Reflexion, aber nur 8 Prozent an Transmission. Die zusätzliche Oberfläche selbst nimmt weitere 6 Prozent auf. Das ist deutlich besser, aber es gibt auch die wichtige Frage der Herstellungskosten.
Simovski und Co. sagen, dass neue Herstellungstechniken zum Drucken eines Nanoantennen-Arrays auf einen dünnen Film bedeuten, dass dies zu geringen Kosten erfolgen könnte. Ob dies im erforderlichen Umfang zu einem kostengünstigen Preis möglich ist, bleibt abzuwarten.
Dennoch sind lichteinfangende Oberflächen ein vielversprechender Weg, um die Effizienz von Dünnschichtsolarzellen zu steigern – vorausgesetzt, jemand kann herausfinden, wie man sie billig genug herstellen kann.
Ref: arxiv.org/abs/1301.3290 : Erhöhte Effizienz von lichtfangenden Nanoantennen-Arrays für Dünnschichtsolarzellen