Die Solarenergie könnte bald einen entscheidenden Sprung machen. Denn ein internationales Forscherteam hat einen neuen Effizienzrekord aufgestellt. Hintergrund ist eine spezielle Methode, die Licht doppelt nutzt.
Forscher der Kyushu University in Japan und der Johannes Gutenberg-Universität Mainz haben eine neue Methode entwickelt, um deutlich mehr Energie aus dem Sonnenlicht zu gewinnen. Das Team nutzt dafür einen speziellen Prozess, den Fachkreise als Singlet Fission bezeichnen.
Diese Technik gilt laut Yoichi Sasaki, außerordentlicher Professor an der Kyushu University, oft als Ideallösung für die Verbesserung der Lichtumwandlung. Mit dem technologischen Ansatz durchbrachen die Wissenschaftler offenbar eine langjährige physikalische Grenze der Solartechnik.
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Den Prozess der Energieübertragung stellen sich die Beteiligten wie einen Staffellauf vor, bei dem Teilchen die Energie Stück für Stück weitergeben. Herkömmliche Solarzellen verwerten jedoch nur einen kleinen Teil des verfügbaren Sonnenlichts effektiv. Das sorgt für ein energetisches Ungleichgewicht. Die Folge: Heutige Solarzellen nutzen nur rund ein Drittel des einfallenden Lichts.
Rekord-Solarenergie: Effizienzsteigerung durch Überwindung physikalischer Grenzen
Vor allem hochenergetische Photonen aus blauem Licht geben einen Großteil ihrer Energie ungenutzt als Wärme ab. Um dieses Problem zu lösen, setzen Yoichi Sasaki und sein Team auf einen innovativen Metallkomplex auf Molybdän-Basis. Dieser dient als sogenannter Spin-Flip-Emitter, bei dem Elektronen während der Interaktion mit Licht ihren Spin ändern. Durch diese Änderung sammeln die Molybdän-basierten Metallkomplexe die erzeugte Energie besonders effizient ein.
Normalerweise erzeugt ein einzelnes Photon nur einen einzigen Energieträger. Das neue Verfahren soll hingegen die Aufspaltung in zwei Einheiten ermöglichen, wodurch die nutzbare Energie theoretisch verdoppelt wird. Sasaki erklärte aber, dass ein Mechanismus namens FRET die Energie leicht „stehlen“ kann, bevor diese Vervielfältigung überhaupt stattfindet. Durch eine gezielte molekulare Gestaltung der Molybdän-Komplexe unterdrückte das Team diesen Verlustmechanismus.
Potenziale und realistischer Zeitplan der Technologie
In ihren Experimenten mit einer speziellen Lösung auf Tetracen-Basis erreichten die Forscher eine Quantenausbeute von rund 130 Prozent. Pro absorbiertem Lichtteilchen aktivierte das System in dieser Testumgebung also etwa 1,3 Molybdän-Komplexe. Damit demonstrierten die Institute in Japan und Deutschland, dass die herkömmliche Effizienzgrenze im Labor überschritten werden kann.
Dieser Fortschritt markiert laut Sasaki einen wichtigen Meilenstein für die zukünftige Energiegewinnung. Obwohl die Ergebnisse vielversprechend erscheinen, befindet sich die Forschung aktuell noch in einem frühen Proof-of-Concept-Stadium. Eine sofortige Markteinführung von entsprechenden Solarzellen ist daher vorerst nicht zu erwarten. Das Team plant nun die Integration der Materialien in Festkörpersysteme, um die Energieübertragung weiter zu optimieren.
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