Nanokristalle für mehr Solarstrom

Austin (USA) – Heute verfügbare einzelne Solarzellen können den größten Teil des Sonnenlichts gar nicht in Strom umwandeln. Dieses Problem verringern Entwickler bisher mit dem Stapeln mehrerer Solarmodule übereinander. Eleganter und günstiger könnte dieses Ziel bald mit halbleitenden Nanokristallen erreicht werden. US-Forscher berichten in der Zeitschrift Science, dass damit der maximale Wirkungsgrad von 31 auf 44 Prozent gesteigert werden könnte. Der Trick liegt in der Erzeugung von zwei Elektronen statt einem aus jedem einzelnen einstrahlenden Lichtteilchen.

Photon schlägt Elektron aus Molekülverband.
Solarzellenausbeute

„Wir wollen den Großteil der Energie im Sonnenlicht einfangen. Das wäre die ultimative Solarzelle“, sagt Xiaoyang Zhu, Chemiker an der University of Texas in Austin. Das Prinzip der doppelten Ausbeute an Elektronen – und damit die Grundlage für mehr Solarstrom – demonstrierten sie an einer nanokristallinen Doppelschicht aus Kohlenstoffclustern, sogenannten Fullerenen, und dem lichtaktiven Molekül Pentacen. Einstrahlende Lichtteilchen regten dieses Material so an, dass über quantenmechanische Prozesse doppelt so viele freie Elektronen entstanden als mit klassischen Solarzellen.

Anwenden wollen Zhu und seine Kollegen diesen Kniff für Solarzellen aus halbleitenden Kunststoffen. „Die Produktion von Solarzellen aus Plastikhalbleitern hat großartige Vorteile, einer davon sind die geringen Kosten“, sagt Zhu. Können diese Solarzellen bisher nur knapp halb so viel Strom erzeugen wie Module auf Siliziumbasis, ließe sich dieser Nachteil mit den nanokristallinen Schichten in Zukunft verringern.

Ob dieser Schritt gelingt, lässt sich heute aber noch nicht sagen. Denn von der Entdeckung eines Wirkprinzips bis zu einem kommerziell verfügbaren Solarmodul ist der Weg erfahrungsgemäß sehr weit. Parallel werden wohl auch die heute höheren Produktionskosten für Tandem- und Tripelzellen auf der Basis von Silizium oder Germanium weiter sinken und damit eine ernstzunehmende Konkurrenz für Plastikzellen mit doppelter Elektronenausbeute bleiben.