Forscher der Lehigh University haben eine Solarzelle entwickelt, die eine Quanteneffizienz von 190 Prozent aufweist. Hintergrund ist ein neues Material, das den Wirkungsgrad deutlich erhöhen soll.
Der Ausbau von Solarparks dürfte in den kommenden Jahren weiter an Fahrt aufnehmen. Denn kein anderer Energieträger bietet einen so günstigen Preis pro Kilowatt wie die Sonne bei vollkommener Klimaneutralität. Doch die Weiterentwicklung von Solarpanels steht nicht still. Schließlich erreichen gängige Anlagen gerade einmal einen Wirkungsgrad von knapp 20 Prozent. Das könnte sich aber bald ändern.
Forscher der Lehigh University erzielten kürzlich einen Meilenstein in der Entwicklung der Solarenergietechnologie. Sie entwickelten ein neues Material mit einer externen Quanteneffizienz (EQE) von bis zu 190 Prozent. Die Quanteneffizienz ist ein Maß dafür, wie effizient ein lichtempfindliches Gerät (etwa ein photosynthetisches System) Photonen in Elektronen umwandeln kann. Diese Entwicklung könnte die Effizienz von Solarzellen drastisch steigern und die Nutzung weltweit vorantreiben.
Solarzelle verspricht mit hoher Quanteneffizienz noch bessere Solarpanels
Das Material nutzt sogenannte Bandzwischenzustände innerhalb seiner elektronischen Struktur. Diese bieten ideale Energiestufen für die Umwandlung von Sonnenenergie. Die Zustände ermöglichen es dem Material, Sonnenlicht effizient zu absorbieren und Ladungsträger zu erzeugen.
Besonders ist, dass das Material eine hohe Absorptionsrate im infraroten und sichtbaren Bereich des elektromagnetischen Spektrums aufweist.
Ein weiterer wesentlicher Aspekt ist seine Fähigkeit, mehr als ein Elektron pro absorbiertem Photon zu generieren. Diese Fähigkeit bezeichnen Wissenschaftler als Multiple Exciton Generation (MEG). Obwohl MEG-Materialien bisher häufig nicht kommerzialisiert wurden, besitzen sie das Potenzial, die Effizienz von Solarstromsystemen erheblich zu erhöhen.
Forscher manipulierten gezielt das Material auf atomarer Ebene
Für die Entwicklung des Materials nutzten die Forscher sogenannte „van der Waals Lücken“. Dabei handelt es sich um atomar kleine Lücken zwischen zweidimensionalen Materialschichten, in die sie Kupferatome einsetzten. Diese Methode, bekannt als Interkalation, ermöglichte es den Forschern, die Eigenschaften des Materials gezielt zu verändern und zu optimieren.
Obwohl die Integration des neuartigen Quantenmaterials in bestehende Solarenergiesysteme weitere Forschung und Entwicklung erfordert, zeigt offenbart es viel Potenzial für die Entwicklung von Solarzellen der nächsten Generation. Denn diese spielen eine entscheidende Rolle bei der Deckung des globalen Energiebedarfs.
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