Mega-Upgrade für Solarzellen: Forscher bewirken 1000 x schnelleren Stromfluss

Silizium ist nicht das beste Basismaterial für Solarmodule, trotzdem müssen wir uns aktuell damit zufriedengeben. Bessere Stromleiter bringen neue Probleme mit sich, zum Beispiel das Bariumtitanat, das viel weniger Licht absorbiert als Silizium. Aus diesem bisschen Restlicht holt es allerdings jede Menge Energie raus. Wie lassen sich materielle Nachteile ausmerzen – für Solarmodule mit bester Energieausbeute?

Solarmodule mit 1000 Mal stärkerem Stromfluss sind keine Utopie mehr

Die Leistungskraft schießt auf höchstes Niveau

Wissenschaftler an der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg haben sich mit obiger Frage beschäftigt und entwickelten ein Material, das einen 1000 Mal besseren Stromfluss aufweist als die heute verbreiteten Silizium-Module. Auch die Lichtabsorption bewegt sich im hohen Bereich, sodass die Leistungskraft aufs höchste Niveau schießt. Das Ausgangsmaterial ist ausgerechnet Bariumtitanat: Wie haben die Forscher es geschafft, diesen Stoff in den Griff zu bekommen?

200 Nanometer Material aus 500 Schichten

Die Antwort lautet: durch ein Schichtsystem. Obwohl die neuen Solarzellen nur ungefähr 200 Nanometer dick sind, bestehen sie doch auf unglaublichen 500 Lagen Material! Darunter das erwähnte Mischoxid aus Titan und Barium, aber auch unser altbekanntes Silizium. Ferroelektrische und paraelektrische Materialien wechseln sich ab, hinzu kommen eingebrachte positive und negative Ladungsträger im Silizium. Sie bewirken einen p-n-Übergang, der den Stromfluss nur in eine Richtung zulässt und so wie eine Art „Stromventil“ wirkt.

Beste Aussichten für die Lebensdauer der Zellen

Die Wissenschaftler konnten in ihren Versuchen den photovoltaischen Effekt steigern, indem sie eine ferroelektrische Schicht mit zwei verschiedenen paraelektrischen Lagen kombinierten. Sie betteten das Bariumtitanat zwischen Strontium- und Calciumtitanat und verdampften das Ganze mit Hilfe eines Hochleistungslasers. Zur Stabilisierung nutzten sie Trägersubstrate. Bei der anschließenden Bestrahlung mit Laserlicht muss die Mannschaft im Labor gejubelt haben: Der Stromfluss fiel tausend Mal stärker aus als bei den heute meistgenutzten Solarmodulen. Innerhalb der folgenden sechs Monate wiederholten die Forscher ihre Messungen und stellten konstante Ergebnisse fest: Auch die Lebensdauer der neuartigen PV-Zellen dürfte also hervorragend sein.