Robert Klatt
Eine neue Beschichtung aus Germanium, die die photovoltaischen und thermischen Bänder des Sonnenlichts trennt, erhöht die Effizienz und Lebensdauer von Photovoltaikzellen.
Cleveland (U.S.A.). Die Lebensdauer aktueller kristalliner Solarzellen wird auf etwa 30 Jahre geschätzt. Mit zunehmendem Alter sinkt der Wirkungsgrad von Photovoltaik-Anlagen jedoch. Bei Qualitätszellen geben Hersteller in der Regel eine Leistungsgarantie von 80 Prozent nach 25 Jahren.
Wissenschaftler der Case Western Reserve University (CWRU) und der University of Rochester (UR) haben nun eine neue Beschichtung vorgestellt, die die Betriebsdauer von Photovoltaikzellen und die Effizienz der Zellen erhöhen soll.
Laut ihrer Publikation im Fachmagazin Nature Nanotechnology ist die Beschichtung aus dem Halbmetall Germanium nur 15 Nanometer dick. Ihre optischen Eigenschaften ermöglichen es, die photovoltaischen und thermischen Bänder des Sonnenlichts zu trennen. Die Beschichtung kann also gleichzeitig Farben oder Wellenlängen des Lichts reflektieren und weiterleiten. Bisherige Beschichtungen konnten davon nur eins.
Die neue Beschichtung kann demnach die photovoltaisch relevanten Bereiche des Lichts, aus denen die Solarzellen Strom erzeugen, weiterleiten, während die thermischen Bänder des Lichts reflektiert werden. „Wenn nur der nutzbare Bereich des Sonnenspektrums auf eine Solarzelle gerichtet wird, wird deren Überhitzung verhindert“, erklärt Chunlei Guo. Gemessen wurden bei Experimenten geringe 30 Grad Celsius. Eine solche Temperatur könnte laut Giuseppe Strangi eine "bis zu sechsfach höhere Lebensdauer" bei Photovoltaikzellen ermöglichen.
Die Energie der reflektierten thermischen Bänder des Sonnenlichts kann laut Guo ebenfalls genutzt werden, zum Beispiel zur Wasseraufbereitung oder Wassererwärmung. Auch eine Speicherung der Wärmeenergie zur nächtlichen Stromerzeugung ist möglich.
„Diese optischen Beschichtungen können eindeutig eine Menge mehr, was andere Beschichtungen nicht können“, erklärt Guo. „Wir haben etwas getan, was in einem Jahrhundert der Entwicklung von optischen Beschichtungen noch nicht gemacht wurde - und selbst wir kennen nicht alle Anwendungen, die daraus entstehen könnten“, ergänzt Strangi.
Um herauszufinden, welche Nutzungsmöglichkeiten die neue optische Beschichtung noch hat, sind laut ihren Entwicklern weitere Experimente nötig. Wie Guo erklärt, „wird es noch ein wenig dauern, bis wir oder andere Labore dies weiter untersuchen und weitere Anwendungen finden.“
Nature Nanotechnology, doi: 10.1038/s41565-020-00841-9
