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TU Braunschweig gibt Photovoltaik neuen Schub

© TU Braunschweig, Alexander Pieper© TU Braunschweig, Alexander PieperBraunschweig - Bisher sind es Zukunftsvisionen: Farbige Hausfassaden etwa, die auch bei miesem Wetter Sonnenstrom produzieren. Doch Forschern der TU Braunschweig ist jetzt ein entscheidender Fortschritt auf dem Weg gelungen, kostengünstige Solarfolien mit hohem Wirkungsgrad herzustellen.

Auf dem Weg zu kostengünstigen Solarfolien sind Forscher um Prof. Peter Jomo Walla von der Technischen Universität (TU) Braunschweig einen wichtigen Schritt vorangekommen. Davon berichten sie in der aktuellen Ausgabe der Fachzeitschrift Nature Communications (DOI: 10.1038/s41467-018-03103-4).

Ansage: Deutlich höhere Wirkungsgrade als Siliziumsolarzellen
Wallas Team hat eine mit Farbstoffen gespickte, kostengünstige Kunststofffolie entwickelt, die künftig großflächig Licht einfangen und auf kleine Hochleistungssolarzellen lenken könnte – und das deutlich effizienter und kostengünstiger als bisherige Systeme. „Unser Verfahren verspricht deutlich höhere Wirkungsgrade als Siliziumsolarzellen sie jemals haben werden“, sagt der Chemiker. Das Potenzial der Siliziumphotovoltaik ist mit einem Wirkungsgrad von etwa 25 Prozent praktisch ausgereizt, selbst der theoretisch maximal mögliche Wirkungsgrad liegt stoffbedingt bei nur 29 Prozent.

Hochleistungssolarzellen mit 45 Prozent Wirkungsgrad bisher zu teuer
Die von Wallas Team anvisierten Hochleistungssolarzellen dagegen, die etwa Gallium- oder Indiumverbindungen enthalten, können schon heute Wirkungsgrade bis zu 45 Prozent erzielen. Allerdings ist das bisher zu teuer und die eingesetzten optischen Linsen wirken nur bei direkter Sonneneinstrahlung. Um Abhilfe zu schaffen, arbeiten Forscher wie Walla mit fluoreszierenden Farbstoffmolekülen, die Licht schlucken und wieder abgeben können. Da diese Moleküle kreuz und quer durcheinanderliegen, etwa in einer Kunststoffmatrix, trifft praktisch jeder Lichtstrahl auf ein im passenden Winkel liegendes Teilchen. Das Problem bestand zunächst darin, dass das Licht, das sie nach der Absorption wieder aussenden, nicht immer den Weg zur Solarzelle findet.

Die Lösung: Licht einfangen wie bei der Photosynthese
Dieses Problem können die Chemiker aus Braunschweig nun dadurch beheben indem sie ihre farbstoffhaltigen Folien in eine Richtung lang ziehen und so auf etwas das Vierfache strecken. Dabei richten sich bestimmte Farbstoffmoleküle parallel zueinander aus und zwar so, dass sie den größten Teil des von den ungeordneten Teilchen gesammelten Lichts aufnehmen und auf die Solarzelle umlenken können. „Das geschieht mit einer hohen Effizienz. Die Verluste bisheriger Systeme können um etwa den Faktor drei verringert werden“, berichtet Walla. Das Ganze funktioniere ähnlich wie Lichtsammelsysteme in Pflanzen. Auch bei der Photosynthese fangen Farbstoffe das Licht ein und lenken es zur Energiewandlung an geeignete Reaktionszentren weiter.

Noch weitere Forschung notwendig
Trotz der vielversprechenden Ergebnisse haben die Forscher noch eine Menge Arbeit vor sich. Bisher konnten sie nur für Wellenlängen aus dem blau-grünen Bereich des Lichtspektrums zeigen, dass das Prinzip funktioniert. Es müssen noch Farbstoffe getestet werdem, die andere Wellenlängen schlucken und auch die Suche nach stabileren Farbstoffteilchen geht weiter. „Wir testen deshalb zurzeit stabile Farbstoffe, die zum Beispiel in Monitoren zum Einsatz kommen“, erzählt der Chemiker.

© IWR, 2018


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21.02.2018

 




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