Um die natürliche Wirkungsgradgrenze der kristallinen Siliziumzelle zu überwinden, haben Berliner Forscher einen besonderen Zellaufbau ersonnen. Sie versprechen sich damit eine Effizienz von bis zu 40 Prozent.
Forscher des Helmholtz-Zentrums Berlin (HZB) haben einen Weg gefunden, die natürliche Grenze für den Wirkungsgrad einer kristallinen Siliziumsolarzelle von 29,3 Prozent zu überwinden. Der Grund für dieses sogenannte Shockley-Queisser-Limit – benannt nach den beiden Forschern, die das herausgefunden haben – sind die Materialeigenschaften des kristallinen Siliziums. Um es zu überwinden, haben die Berliner Forscher in die eigentliche Siliziumzelle eine organische Schicht – sogenannte Tetracene – eingebaut.
Mehr Ladungspaare erzeugt
Damit kann ein breiteres Lichtspektrum genutzt werden. Denn die organische Schicht absorbiert den blau-grünen Anteil des Lichts, die energieärmeren Photonen werden vom Silizium absorbiert. Auf diese Weise können bestimmte Photonen jeweils zwei Ladungspaare im Halbleiter auf einmal erzeugen. Die Zahl der möglichen Ladungsträger verdoppelt sich. Diese Ladungspaare müssen bestimmte quantenphysikalische Eigenschaften haben. So müssen unter anderem alle ihre Eigendrehimpulse parallel ausgerichtet sein. Dadurch bleiben die Ladungspaare lange erhalten, sie sind aber sehr stark aneinander gebunden.
An der Grenze zwischen dem organischen Material müssen sie getrennt werden. Das schaffen die Forscher wiederum mit einem organischen Leiter. „Damit lässt sich der theoretisch maximale Wirkungsgrad einer Siliziumsolarzelle auf zirka 40 Prozent steigern“, sagt Rowan MacQueen. Der australische Forscher hat am HZB die neue Solarzelle mit dem Ladungsträgermultiplikator entwickelt. (su)
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