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Energie: Zufallsentdeckung könnte
Solarzellen revolutionieren
Eine Zufallsentdeckung könnte
zu Solarzellen führen, die das ganze Spektrum der Sonnenstrahlung
nutzen und fast doppelt so viel Energie wie bisherige Zellen liefern
können.
(jkm) - Amerikanische Wissenschaftler
haben entdeckt, dass ein altbekannter Halbleiter nicht nur wie
bisher angenommen sichtbares Licht, sondern auch Infrarotstrahlung
absorbiert. Aus diesem Material aufgebaute Solarzellen könnten
das ganze Spektrum der Sonnenstrahlung von ultravioletten bis
infraroten Wellenlängen nutzen und fast doppelt so viel Energie
wie bisherige Solarzellen liefern.
Solarzellen wandeln die Energie
der Sonnenstrahlung in nutzbare, elektrische Energie um. Daher
sind sie einer der großen Hoffnungsträger auf dem Weg
zu einer umweltverträglicheren Energiegesellschaft. Meist
bestehen sie aus Halbleitern, in denen die Lichtabsorption einen
Transport elektrischer Ladungen auslöst. Dafür kann
jedoch nur ein Teil des Sonnenlichts mit Wellenlängen unterhalb
eines materialabhängigen Minimalwertes genutzt werden.
Um möglichst das gesamte
Spektrum nutzen zu können, müssen Solarzellen daher
aus mehreren Schichten unterschiedlicher Halbleiter aufgebaut
werden. Aufgrund der verschiedenen Kristallstrukturen der Stoffe
ist dies extrem schwierig und teuer - dementsprechend besteht
die beste auf diese Weise hergestellte Solarzelle aus nur zwei
verschiedenen Halbleitern und weist eine Effizienz von etwa 30
Prozent auf.
Eine überraschende Lösung
für dieses Problem haben Wladek Walukiewicz vom Lawrence
Berkeley National Laboratory und seine Kollegen nun gefunden.
Die Forscher entdeckten, dass der aus den Elementen Indium, Gallium
und Stickstoff bestehende Halbleiter Indiumgalliumnitrid das gesamte
Spektrum des Sonnenlichts abdecken kann.
Dazu muss nur die Zusammensetzung
variiert werden: Enthält das Material viel Gallium und wenig
Indium, absorbiert es besonders gut im UV-Bereich. Mit abnehmender
Gallium- und zunehmender Indiumkonzentration verschiebt sich die
Absorption dagegen über den sichtbaren bis in den infraroten
Bereich.
Da die Kristallstrukturen der
unterschiedlichen Indiumgalliumnitrid-Varianten einander ähneln,
sollte die Herstellung mehrschichtiger Solarzellen kaum Probleme
bereiten. Eine aus nur zwei Schichten aufgebaute Solarzelle könnte
so eine Effizienz von fast 50 Prozent erreichen, glauben die Forscher.
Mit vielen dünnen Schichten wäre sogar ein Wirkungsgrad
von 70 Prozent denkbar.
Der Grund, weshalb die besonderen
Eigenschaften von Indiumgalliumnitrid erst jetzt ans Licht kommen,
liegt scheinbar an einem Messfehler bei früheren Analysen
des Materials. Der falsche Wert wurde als Referenzwert in die
Fachliteratur übernommen, so dass Entwickler von Solarzellen
in der Legierung keinen sonderlich erfolgversprechenden Kandidaten
sahen. In Leuchtdioden und Flachbildschirmen wird der Halbleiter
dagegen schon seit längerem eingesetzt.
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