Die rekordverdächtige Solarzelle leuchtet rot unter blauem Licht. (Wayne Hicks/NREL) Wissenschaftler treiben die Effizienz von Solarmodulen weiter voran höher Und höher , und es gibt einen neuen Rekord zu vermelden: Eine neue Solarzelle hat unter den standardmäßigen globalen Beleuchtungsbedingungen einer Sonne einen Wirkungsgrad von 39,5 Prozent erreicht.
Dieser 1-Sonnen-Marker ist einfach eine standardisierte Methode zur Messung einer festen Menge an Sonnenlicht, und fast 40 Prozent dieser Strahlung können mittlerweile in Elektrizität umgewandelt werden. Der vorherige Datensatz für diese Art von Solarmodulmaterial lag der Wirkungsgrad bei 39,2 Prozent.
Es gibt mehr Arten von Solarzellen, als Sie vielleicht gedacht haben. Der hier verwendete Typ, Dreifach-III-V-Tandemsolarzellen, wird häufig in Satelliten und Raumfahrzeugen eingesetzt, bietet aber auch hier auf festem Boden großes Potenzial.
„Die neue Zelle ist effizienter und hat ein einfacheres Design, das für eine Vielzahl neuer Anwendungen nützlich sein könnte, beispielsweise für stark flächenbeschränkte Anwendungen oder Weltraumanwendungen mit geringer Strahlung.“ sagt der Physiker Myles Steiner , vom National Renewable Energy Laboratory (NREL) in Colorado.
Der „Triple-Junction“-Teil der Gleichung ist wichtig für die Effizienz der Solarzelle. Jede Verbindung konzentriert sich auf einen bestimmten Teil des Sonnenspektrums, was bedeutet, dass weniger Licht verloren geht und ungenutzt bleibt.
Weitere Effizienzsteigerungen wurden durch den Einsatz sogenannter „Quantum Well“-Technologien erzielt. Die Physik dahinter ist ziemlich komplex, aber die Grundidee besteht darin, dass die Materialien sorgfältig ausgewählt und optimiert und so dünn wie möglich gemacht werden. Dies betrifft die Bandabstand , die minimale Energiemenge, die erforderlich ist, um Elektronen anzuregen und den Strom zum Fließen zu bringen.
In diesem Fall bestehen die drei Übergänge aus Galliumindiumphosphid (GaInP), Galliumarsenid (GaAs) mit einigen zusätzlichen Quantentopfeffizienzen und Galliumindiumarsenid (GaInAs).
„Ein Schlüsselelement ist, dass GaAs zwar ein hervorragendes Material ist und im Allgemeinen in III-V-Mehrfachzellen verwendet wird, aber nicht ganz die richtige Bandlücke für eine Dreifachzelle aufweist, was bedeutet, dass das Gleichgewicht der Photoströme zwischen den drei Zellen nicht optimal ist.“ ,' sagt der Physiker Ryan France vom NREL.
„Hier haben wir die Bandlücke modifiziert und gleichzeitig eine hervorragende Materialqualität durch die Verwendung von Quantentöpfen beibehalten, was dieses Gerät und möglicherweise andere Anwendungen ermöglicht.“
Zu den Verbesserungen dieser neuesten Zelle gehört eine Erhöhung der absorbierten Lichtmenge ohne entsprechenden Spannungsverlust. Darüber hinaus wurden mehrere weitere technische Optimierungen vorgenommen, um Einschränkungen zu minimieren.
Es ist jedoch der höchste 1-Sonne-Wirkungsgrad aller jemals gemessenen Solarpanelzellen wir haben höher gesehen durch intensivere Sonneneinstrahlung. Auch wenn es einige Zeit dauert, bis Technologien ihren Weg vom Labor in tatsächliche Produkte finden, sind die potenziellen Verbesserungen spannend.
Die Zellen verzeichneten außerdem einen beeindruckenden Weltraumwirkungsgrad von 34,2 Prozent, den sie bei einem Einsatz im Orbit erreichen sollten. Aufgrund ihres Gewichts und ihrer Widerstandsfähigkeit gegenüber energiereichen Teilchen sind sie für diese Aufgabe besonders geeignet.
„Da es sich zum jetzigen Zeitpunkt um die 1-Sonnen-Solarzellen mit dem höchsten Wirkungsgrad handelt, setzen diese Zellen auch einen neuen Standard für die erreichbare Effizienz aller Photovoltaik-Technologien“, schreiben die Forscher in ihrem veröffentlichtes Papier .
Die Forschung wurde veröffentlicht in Joule .