Die Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg hat möglicherweise einen Durchbruch bei Solarzellen erzielt. Ein Forschungsteam der Uni hat eine Super-Zelle entwickelt, die tausendmal effizienter ist als vergleichbare Zellen.
Wenn es um Solarenergie geht, ist Deutschland eine der führenden Nationen weltweit. Derzeit herrscht geradezu ein Solarboom in Deutschland. 2020 wurden insgesamt 184.000 neue Fotovoltaik-Anlagen auf Eigenheim-Dächern installiert – mehr als jemals zuvor.
Und im ersten Halbjahr 2021 war die Anfrage sogar 22 Prozent höher als im Vorjahr. Das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme hat ermittelt, dass Solarstrom in Deutschland teilweise sogar über zwei Drittel unseres momentanen Stromverbrauchs decken kann.
Solarenergie spielt also in Deutschland eine wichtige Rolle – insbesondere mit Hinblick auf die Klimaziele der Regierung.
All dem könnte jetzt eine Forschungsarbeit der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (MLU) noch mehr Schwung verleihen. Denn ein Forschungsteam der Universität hat Solarzellen entwickelt, die tausendmal mehr Power bieten als vergleichbare Zellen.
Neue Forschung bei Solarzellen als Grundlage
Momentan bestehen die meisten Solarzellen aus Silizium. Doch weil der Wirkungsgrad begrenzt ist, suchen Forschende schon seit Jahren nach neuen, effizienteren Materialien. Besonders interessant dafür sind Ferroelektrika wie etwa Bariumtitanat.
„Ferroelektrisch bedeutet, dass das Material räumlich getrennte positive und negative Ladungen besitzt“, erklärt der Physiker Dr. Akash Bhatnagar vom Zentrum für Innovationskompetenz SiLi-nano der MLU.
Anders als bei Silizium benötigen derart ferroelektrische Kristalle keine positiven und negativ dotierten Schichten, um Licht in elektrische Energie zu verwandeln. Das macht die Herstellung von Solarzellen deutlich einfacher.
Jüngste Forschung zeigt außerdem, dass die Power von Solarzellen gesteigert werden kann, wenn man nicht nur sehr dünne Schichten schafft, sondern zudem auch verschiedene Materialien miteinander kombiniert. Genau das haben die MLU-Forschenden getan.
Sandwich-Verfahren steigert Effizienz von Solarzellen um Faktor 1.000
Sie haben dafür wie bei einem Sandwich verschiedene Schichten erzeugt, indem sie ferroelektrisches Bariumtitanat zwischen paraelektrischem Strontium- und Calciumtitanat eingebettet haben.
Die Tatsache, dass das Forschungsteam hier auf zwei paraelketirsche Materialien gesetzt hat, ist neu. Genau diese Kombination sorgte letztlich dafür, dass der Stromfluss in der Zelle deutlich verstärkt wurde.
Um dieses Schichten-Sandwich zu erzeugen, haben die Forschenden im Vorfeld die Kristalle mit einem Hochleistungslaser verdampft und auf Trägersubstraten erneut abgelagert. Das neue Material bestand so insgesamt aus 500 Schichten und war etwa 200 Nanometer dick.
Als sie diese Schichten schließlich mit einem Laserlicht bestrahlten, überraschte das Ergebnis selbst die Forschenden. Denn im Vergleich zu reinem Bariumtitanat in ähnlicher Dicke war der Stromfluss ihrer Solarzelle bis zu tausendmal stärker.
Großes Potenzial für Super-Solarzellen
„Offenbar führt die Interaktion der Gitterschichten zu einer wesentlich höheren Permittivität – also dazu, dass die Elektronen aufgrund der Anregung durch die Lichtphotonen deutlich leichter abfließen können“, erklärt Akash Bhatnagar.
Der Super-Power-Effekt war zudem sehr stabil und hielt sich über sechs Monate konstant. Ihre Ergebnisse haben die Forschenden jüngst im Fachmagazin Science veröffentlicht.
Die Erkenntnisse könnten einen entscheidenden Durchbruch bei der Fertigung von Solarzellen bedeuten. Bhatnagar ist zuversichtlich, dass die Ergebnisse des MLU-Teams auch in der Praxis Bestand haben können.
Allerdings muss vorher noch bewiesen werden, dass das Material haltbar sowie gut und günstig zu verbauen ist. Erst dann wären die Super-Solarzellen wirklich interessant für die Industrie.
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