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Quantensprung für die solare Energiekonversion

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Die Physik setzt dem Wirkungsgrad von Solarzellen Grenzen. Maximal etwa 30 Prozent, mehr ist nach dem sogenannten Shockley-Queisser-Limit mit einer konventionellen Solarzelle nicht möglich. Doch mit den richtigen Konzepten lässt sich dieses Limit überwinden, wie es gerade wieder in der jüngsten Weltrekordsolarzelle mit Beteiligung der Projektpartner des Forschungsvorhabens nano-III-V-pins gezeigt wurde – fast 45 Prozent in einer Stapelsolarzelle.

Das Projekt gehört zu den Grundlagenforschungsvorhaben der Innovationsallianz Photovoltaik. Bahnbrechend könnten die Ergebnisse der Forscher aus Ilmenau, Duisburg, Heilbronn, Erfurt und Berlin sein. Erstmals wäre es mit Einzelzellen möglich, die berühmte Shockley-Queisser-Grenze zu durchbrechen.

Dünnste Schichten, die als Quantentöpfe bezeichnet werden, mit ganz speziellen elektronischen Eigenschaften, ermöglichen eine effizientere Ausnutzung des Sonnenlichts. Diesen Tuning-Effekt haben die Forscher jetzt erstmals mit nanoskaligen Solarzellen nachgewiesen, bei denen die Quantentopfstruktur in einem 2D-Schichtsystem realisiert wurde. „Mit Nanotechnik kann ein größerer Teil des solaren Spektrums kostengünstig in Elektrizität umgewandelt werden. Quantentopfsysteme könnten sich in Zukunft den gegenwärtig effizientesten Solarzellen als ebenbürtig erweisen“, freut sich Projektkoordinator Thomas Hannappel von der Technischen Universität Ilmenau. „Durch eine Übertragung auf radiale Nanodrahtstrukturen verkürzen sich zudem die Transportwege in der Solarzelle, so dass sich Verluste weiter verringern lassen. Theoretisch sind damit Wirkungsgrade über dem sogenannten Shockley-Queisser-Limit von 30 Prozent zu erreichen”, so der Sprecher des Forschungsverbunds.

Im Rahmen der Innovationsallianz Photovoltaik wurde das Projekt mit 6,8 Millionen Euro gefördert. Das Förderprogramm wird vom Bundeswirtschaftsministerium und Bundesforschungsministerium getragen. Die Projekte präsentieren sich auf der Internetseite www.innovationsallianz-photovoltaik.de.

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