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Solarzellen: Neuer Materialmix sorgt für tausendfache Power

Forscher:innen der Universität Halle-Wittenberg präsentieren vielversprechende Ergebnisse: Durch die Verbindung dreier Kristallschichten konnte der photovoltaische Effekt deutlich erhöht werden.

Von Eike Kühl
1 Min. Lesezeit
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(Foto: anatoliy_gleb / Shutterstock)

Auch wenn die deutsche Solarbranche zwischenzeitlich einen Durchhänger hatte, gilt die Photovoltaik immer noch als wichtiger Baustein auf dem Weg, den CO2-Ausstoß zu verringern. Folglich wird immer noch in Technik und Forschung von Solarzellen investiert, etwa an der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (MLU).

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Dort haben Forscher:innen nun einen neuen Materialmix für Solarzellen vorgestellt, der den photovoltaischen Effekt um den Faktor 1.000 steigert. Dafür erzeugten sie kristalline Schichten aus Barium-, Strontium- und Calciumtitanat, die sie abwechselnd übereinanderlegten. Die Ergebnisse wurden unlängst in der Fachzeitschrift Science Advances veröffentlicht.

Statt dem herkömmlichen Silizium, dessen Wirkungsgrad begrenzt ist, verwenden die Forscher:innen sogenannte Ferroelektrika. „Ferroelektrisch bedeutet, dass das Material räumlich getrennte positive und negative Ladungen besitzt“, erklärt der Physiker Akash Bhatnagar vom Zentrum für Innovationskompetenz Sili-Nano der MLU. Im Gegensatz zu Silizium benötigen ferroelektrische Kristalle für den photovoltaischen Effekt keine positiv und negativ dotierten Schichten, was die Herstellung von Solarmodulen wesentlich erleichtere, so der Experte.

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Die Forschenden sind selbst überrascht

Um den Effekt noch zu verstärken, setzten die Wissenschaftler:innen aber nicht nur eine Schicht aus Bariumtitanat ein, sondern betteten diese in zwei weitere paraelektrische Schichten aus Strontium- und Calciumtitanat ein. Dafür wurden die Kristalle mit einem Hochleistungslaser verdampft und auf Trägersubstraten wieder abgelagert. Das so hergestellte Material besteht aus 500 Schichten und ist etwa 200 Nanometer dick.

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Bei Tests mit Laserlicht waren die Experten selbst von der Effektivität des Materialmix überrascht. Der Stromfluss war bis zu 1.000 Mal stärker als Messungen es mit reinem Bariumtitanat ergeben hatten. „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“, sagt Bhatagnar.

Inwiefern das ein Durchbruch in der Photovoltaik ist, bleibt abzuwarten. Denn zunächst muss das Material noch auf seine Haltbarkeit und Festigkeit untersucht werden, auch wenn erste Tests auf eine relativ hohe Robustheit hindeuten. Anschließend müssen schlagkräftige Produktionspartner überzeugt und gewonnen werden – ein Prozess, der erfahrungsgemäß lange dauern kann.

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ZHaTVK

Also der Titel und der Artikel passen ja auch nicht so ganz zusammen.

„Der Stromfluss war 1000-fach stärker als mit reinem Bariumtitanat“ > der Faktor 1.000 bezieht sich also auf Vergleich Bariumtitanat & Bariumtitanat + Strontium- und Calciumtitanat und nicht auf Vergleich Bariumtitanat + Silizium. Das wird sowohl im Titel als auch im ersten Absatz aber gänzlich falsch dargestellt (Implizierter Vergleich Neue Technologie/Silizium). Der Vergleich würde aber gewaltig hinken, da Bariumtitanat an sich vergleichsweise wenig Sonnenlicht absorbiert.

So oder so: ziemlich interessante Forschung und das als „Keinen Durchbruch“ zu bezeichnen finde ich für die Forscher nen Schlag ins Gesicht.

Antworten
Heinz-Bodo Franke

Eine aussagekräftigere Beschreibung wäre gewesen, einen Vergleich zum Wirkungsgrad handelsüblicher. Solarzellen anzustellen. 15-22 % ist der Wirkungsgrad herkömmlicher im Handel öffentlicher Solarmodule.
Der Faktor 1000-fach stärkerer Stromfluss ist einfach irreführend. Worauf bezieht sich “Stromfluss“ ?
Stromstärke Wird in Ampere gemessen. Wie stark sollte denn der Strom gewesen sein?

Antworten
Kurt Diedrich

Man könnte bei 1000-facher Leistung mit einer Zelle das ganze Haus versorgen. Ein wahres Wunder! Und dann braucht die Superzelle noch nicht mal direktes Sonnenlicht, denn der Autor hat ja ausdrücklich geschrieben, dass die Zellen von den Forschern innen präsentiert wurden. Oder etwa nicht? Leider habe ich den Artikel nicht zu Ende gelesen, weil ich beim zweiten Gendern das Fenster wieder verärgert geschlossen habe. Gendern? Mit mir nicht!

Antworten
Erich Pawlik

Ich finde das Ergebnis spannend, da besser Solarzellen (selbst wenn das noch ein paar Prozent sind) ja eine erhebliche Wirkung haben können. Ich bin daher auch für jeden inhaltlichen Kommentar dankbar, da ein Faktor 1.000 immer Misstrauen erweckt. Die Ausbeute einer Solarzelle hängt ja von der Einstrahlung ab, mehr als 100% Ausbeute ist nicht möglich, d.h. maximal ein Faktor 3-4 (wahrscheinlich weniger, aber ich bin kein Fachmann für diese Materialien).

Was mich verstört, ist, ist die Bemerkung zum Gendern. Solange es keine Regeln von Institutionen (Universitäten, Publikationen, Firmen usw.) gibt, die eine bestimmte Praxis erfordern, sollte jede(r) die Freiheit haben, zu gendern oder nicht zu gendern, wie sie/er es möchte. Und Personen, die unterschiedliche Praktiken haben, sollten weiterhin sachlich miteinander kommunizieren. Bitte keinen Kulturkampf.

Antworten
STRomzAeHLEr

Originale Veröffentlichung (Englisch) hier:
https://advances.sciencemag.org/content/7/23/eabe4206.full
Hier gibt’s wenigstens genauere Infos und Nachweise.
Ten – ihr seid über ’ne Woche drüber!

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