Solarenergie

Zufallsentdeckung könnte Solarzellen revolutionieren

+ 30.08.2004 + Amerikanische Wissenschaftler haben entdeckt, dass ein altbekannter Halbleiter nicht nur wie bisher angenommen sichtbares Licht, sondern auch Infrarotstrahlung absorbiert. Aus diesem Material aufgebaute Solarzellen könnten das ganze Spektrum der Sonnenstrahlung nutzen und fast doppelt so viel Energie wie bisherige Solarzellen liefern.

Solarzellen wandeln die Energie der Sonnenstrahlung in nutzbare, elektrische Energie um. Daher sind sie einer der großen Hoffnungsträger auf dem Weg zu einer umweltverträglicheren Energiegesellschaft. Meist bestehen sie aus Halbleitern, in denen die Lichtabsorption einen Transport elektrischer Ladungen auslöst. Dafür kann jedoch nur ein Teil des Sonnenlichts mit Wellenlängen unterhalb eines materialabhängigen Minimalwertes genutzt werden.



Um möglichst das gesamte Spektrum nutzen zu können, müssen Solarzellen daher aus mehreren Schichten unterschiedlicher Halbleiter aufgebaut werden. Aufgrund der verschiedenen Kristallstrukturen der Stoffe ist dies extrem schwierig und teuer - dementsprechend besteht die beste auf diese Weise hergestellte Solarzelle aus nur zwei verschiedenen Halbleitern und weist eine Effizienz von etwa 30 % auf. Eine überraschende Lösung für dieses Problem haben Wladek Walukiewicz vom Lawrence Berkeley National Laboratory und seine Kollegen nun gefunden: Sie entdeckten, dass der aus den Elementen Indium, Gallium und Stickstoff bestehende Halbleiter Indiumgalliumnitrid das gesamte Spektrum des Sonnenlichts abdecken kann.


Dazu muss nur die Zusammensetzung variiert werden: Enthält das Material viel Gallium und wenig Indium, absorbiert es besonders gut im UV-Bereich. Mit abnehmender Gallium- und zunehmender Indiumkonzentration verschiebt sich die Absorption dagegen über den sichtbaren bis in den infraroten Bereich. Da die Kristallstrukturen der unterschiedlichen Indiumgalliumnitrid-Varianten einander ähneln, sollte die Herstellung mehrschichtiger Solarzellen kaum Probleme bereiten.

Eine aus nur zwei Schichten aufgebaute Solarzelle könnte so eine Effizienz von fast 50 % erreichen, glauben die Forscher. Mit vielen dünnen Schichten wäre sogar ein Wirkungsgrad von 70 % denkbar. Der Grund, weshalb die besonderen Eigenschaften von Indiumgalliumnitrid erst jetzt ans Licht gekommen seien, liege scheinbar an einem Messfehler bei früheren Analysen des Materials, so spekulieren die Wissenschaftler. Der falsche Wert sei als Referenzwert in die Fachliteratur übernommen worden, so dass Entwickler von Solarzellen in dieser Legierung keinen sonderlich Erfolg versprechenden Kandidaten sahen. In Leuchtdioden und Flachbildschirmen wird der Halbleiter dagegen schon seit längerem eingesetzt.

Quelle: VDI Nachrichten