Neue Solarzellen dünner als ein Blatt Papier
Materialwissenschaftler der Stanford University erreichen einen Rekord beim Wirkungsgrad
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Wolframdiselenid auf Polymerfolie (Foto: Koosha Nassiri Nazif, stanford.edu) |
Stanford (pte025/15.12.2021/11:30)
Auf dem Weg zu Solarzellen, die dünner sind als ein Blatt Papier, sind Forscher der Stanford University https://www.stanford.edu/ in Kalifornien ein großes Stück vorangekommen. Sie arbeiten mit einer Werkstoffgruppe namens Übergangsmetall-Dichalkogenide – Beispiel Wolframdiselenid – , die sehr große Mengen an Licht absorbieren können. An dessen Umwandlung in Strom haperte es bisher jedoch. Die erreichten Wirkungsgrade lagen bei weniger als zwei Prozent, während Siliziumzellen auf deutlich mehr als das Zehnfache kommen.
[b]27 Prozent im Bereich des Möglichen[/b]
In Kalifornien gelang es jetzt, ultradünne Zellen herzustellen, die auf 5,1 Prozent kommen. Doch Krishna Saraswat, Professor für Elektrotechnik, und seine Mitarbeiter sind sicher, dass sie durch optische und elektrische Optimierung 27 Prozent erreichen und so auf das Silizium-Niveau kommen. Darüber hinaus hat der Prototyp ein 100 Mal höheres Leistungsgewicht als alle bisher entwickelten Zellen auf der Basis dieser Materialfamilie. Sie liegt bei 4,4 Watt pro Gramm. Das entspricht dem Wert, den andere Dünnschichtzellen erreichen, die aber trotz ihrer Bezeichnung um ein Vielfaches dicker sind als die Stanford-Zelle. Das Leistungsgewicht ist wichtig für mobile Anwendungen etwa bei Drohnen und Elektrofahrzeuge oder auch bei der Versorgung von Expeditionsteilnehmern weit abseits der Zivilisation. Auch diesen Wert glaubt Saraswat noch verbessern zu können. Er hält 46 Watt pro Gramm für realistisch. Silizium-Module liegen weit darunter, allein schon wegen der Dicke des Materials.
[b]Solarzellen können auf die Haut geklebt werden[/b]
Die größten Vorteile der ultradünnen sind ihre Flexibilität – sie können auf beliebig gewölbte Untergründe geklebt werden –, der kaum nennenswerte Materialverbrauch und die geringen Herstellungskosten. Drohnen etwa könnten zumindest einen Teil ihres Strombedarfs durch Solarzellen decken, die auf den Flügeln befestigt sind. Weil die Stromerzeuger so dünn und leicht sind beeinträchtigen sie die Funktion der Flügel nicht. Selbst auf die Haut könnten solche Zellen geklebt werden, um etwa eine Smartwatch zu versorgen.
[b]Komplettes Modul ist sechs Mikrometer dick[/b]
Das Stanford-Team stellte ein aktives Array her, das nur wenige hundert Nanometer dick ist. Es umfasst das photovoltaische Wolframdiselenid und Goldkontakte, die von einer Schicht aus leitendem Graphen überzogen ist, die nur ein einziges Atom dick ist. Den Abschluss bilden ein dünnes Polymer und eine Antireflexbeschichtung, die die Lichtabsorption verbessert. Das so aufgebaute Modul ist weniger als sechs Mikrometer dick.
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