Entwicklung aus den USA 13.12.2013, 06:51 Uhr

Solarzellen mit Keramik sollen günstiger und effizienter sein

Ein keramisches Material, das nach bisherigen Forschungsergebnissen die Produktionskosten von Solarzellen deutlich senken kann, haben drei amerikanische Hochschulen entwickelt. Zugleich sind diese neuen Solarzellen vergleichsweise schnell und einfach herzustellen. 

US-Forscher haben eine Keramik entwickelt, die sich zum Einsatz in Solarzellen eignet. Nach Angaben der Forscher senkt die Keramik deutlich die Herstellungskosten, ist aber trotzdem hoch effizient.

US-Forscher haben eine Keramik entwickelt, die sich zum Einsatz in Solarzellen eignet. Nach Angaben der Forscher senkt die Keramik deutlich die Herstellungskosten, ist aber trotzdem hoch effizient.

Foto: Felice Macera/University of Pensylvania

An der Entwicklung des keramischen Solarzellenmaterials sind die University of Pensylvania, die Drexel University und das Argonne National Laboratory des amerikanischen Energieministeriums beteiligt. Die entsprechenden Vorarbeiten erstrecken sich über vier Jahrzehnte. Dabei ging es darum, ein Material zu entwickeln, das es ermöglicht, Energie aus sichtbarem wie infrarotem Licht zu gewinnen, statt sich nur auf ultraviolettes Licht als Quelle zu beschränken.

Die beteiligten Forscher sprechen von drei gravierenden Vorteilen des keramischen Solarzellenmaterials. Erstens erlaubt es sehr viel dünnere Solarzellen, weil nicht wie bisher zwei, sondern nur noch eine Schicht benötigt wird. Zweitens ist die Keramik deutlich billiger und vereinfacht die Produktion der Solarzellen. Schließlich ist das neue Material ferro-elektrisch. Das erlaubt ein einfaches Umschalten der Polarität. Damit lässt sich eine wesentliche Nutzungseinschränkung der bisherigen Solarzellen vermeiden.

Hauptvorteil ist die größere Effizienz keramischer Solarzellen

Bei den herkömmlichen Solarzellen kommt das Licht in die Zellen und breitet sich in allen Richtungen aus. Gewünscht ist aber eine Ausrichtung in nur einer Richtung. Um das zu erreichen, sind bisher zahlreiche Zwischenschichten erforderlich, die eine Art Kanalisierung bewirken. Das letztere hat einmal den Nachteil höherer Kosten und führt zum anderen zu nicht unbeträchtlichen Energieverlusten. Die neuen keramischen Solarzellen kommen mit weniger Trennschichten aus und nutzen zum anderen die ferro-elektrischen Eigenschaften des Keramikmaterials zur Reduzierung der Energieverluste.

Das keramische Material nutzt so genannte perowskische Kristalle, die aus einer Kombination von Pottasche-Niobate und Barium-Nickel-Niobate bestehen. Mit Hilfe dieser Kristalle lassen sich unter anderem die ferro-elektrischen Eigenschaften ganz erheblich verbessern. Die keramischen Solarzellen können sechsmal so viel Energie absorbieren wie herkömmliche Solarzellen. Zugleich wird eine fünfzigfache Stromdichte erreicht. Die amerikanischen Forscher gehen in diesem Zusammenhang davon aus, dass sich beide Werte mit einiger Wahrscheinlichkeit in der Zukunft noch weiter steigern lassen werden.

Neuartige Solarzellen sind ausgesprochen umweltfreundlich

Ein Zusatznutzen der keramischen Solarzellen ist deren ausgeprägte Umweltfreundlichkeit. Es handelt sich um ein nicht-toxisches Material, dessen Bestandteile auf der Erde in großer Menge und ohne komplizierte Verfahren gewinnen lassen, wie Jonathan Spanier betont, Materialforscher an der Drexel University. 

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