Nanonoppen halten Licht gefangen 24.10.2013, 16:46 Uhr

Effizientere Solarzellen im LEGO-Stil

Solarzellen für Photovoltaikanlagen sind in den letzten Jahren günstiger geworden, jedoch immer noch kostenintensiver als fossile Brennstoffe. Neue Oberflächen mit winzigen Aluminium-Noppen sollen sie im Rennen nach vorne bringen. 

Die legoähnlichen Aluminium-Noppen auf der Solarzellenoberfläche sind gerade einmal 100 Nanometer hoch. Sie bewirken, dass das Licht längere Wege zurücklegt und führen zu einer höheren Energieausbeute. 

Die legoähnlichen Aluminium-Noppen auf der Solarzellenoberfläche sind gerade einmal 100 Nanometer hoch. Sie bewirken, dass das Licht längere Wege zurücklegt und führen zu einer höheren Energieausbeute. 

Foto: Imperial College London

Auf seiner Jagd nach effizienteren Solarzellen hat der britische Wissenschaftler Nicholas Hylton deren Oberfläche strukturell verändert: Gemeinsam mit seinem Team des Imperial Colleges in London legte er dabei Aluminium-Zylinder in mehreren Reihen auf die Oberfläche. Diese sind winzig klein, gerade einmal 100 Nanometer hoch, und ähneln den Noppen von Legobausteinen.

Aluminium-Noppen auf der Oberfläche vergrößern Energieausbeute

Die spezielle Form der Noppen bewirkt, dass die Solarzellen das Sonnenlicht anders aufnehmen: Einzelne Lichtstrahlen verändern durch Reflektion ihre Richtung. Die Lichtstrahlen sind zwischen den Noppen eingefangen und legen längere Wege zurück, was eine größere Energieausbeute bedeutet.

Auch das Material der Noppen spielt eine Rolle. In der Vergangenheit verwendete man häufig Silber und Gold. Diese sind zwar stark leitend, absorbieren aber auch eine gewisse Menge an Licht. „Das Aluminium reagiert anders mit dem Licht. Es streut das Licht besser, während es durch das Solarmodul mit der Noppenoberfläche wandert“, sagt Hylton. Außerdem sei das Aluminium eine preiswerte Alternative zu Silber und Gold.

Polymere lassen sich wie Tinte auf die Oberfläche drucken  

Auch Ji-Seon Kim und ihre Kollegen am Institut für Festkörperphysik des Imperial Colleges wollen die Herstellungskosten von Solarmodulen senken. „Die hohen Kosten der traditionellen Solarmodule entstehen vor allem dadurch, dass deren kristalline Silikon-Oberfläche unter hohen Temperaturen und im Vakuum hergestellt wird“, sagt Kim.

Eine günstigere Alternative dazu sind organische Halbleiter-Materialien, speziell Polymere, die man verflüssigt und wie eine Tinte in einer hauchdünnen Schicht auf die Oberfläche druckt. Auch große Oberflächen können mit diesem Kunststoff überzogen werden. „Das ist wesentlich billiger als Silikon und die Kosten pro Watt erzeugter Elektrizität liegen entsprechend niedriger“, sagt Kim.

Das Problem, wie sich Polymer-Moleküle in ihrer Ausrichtung kontrollieren lassen, haben die Wissenschaftler ebenfalls gelöst. Winzige Nanopfade geben die Richtung der elektrischen Ladung vor und ermöglichen es der Solarzelle, mehr Strom zu produzieren. Für den kommerziellen Markt seien diese neuen Polymer-Solarzellen in etwa fünf bis zehn Jahren verfügbar. 

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