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).

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.

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.

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.