Laborversuch mittels Hochkonverter
Solarzellen nutzen Wärmestrahlung erstmals zur Stromerzeugung
Bei Silizium-Solarzellen gehen etwa 20 Prozent der Energie des Sonnenspektrums verloren, weil sie einen Teil der Infrarotstrahlung nicht zur Stromerzeugung nutzen. Forscher u.a. des Fraunhofer-Instituts ISE in Freiburg haben nun erstmals einen Teil dieser Strahlung für Silizium-Solarzellen mit Hilfe eines Hochkonverters zur Stromerzeugung genutzt.
Das Potenzial ist groß: Silizium-Solarzellen wandeln theoretisch etwa 30 Prozent des Sonnenlichts, das auf sie fällt, in elektrischen Strom um. Hochkonverter könnten diesen Anteil auf 40 Prozent erhöhen.
Um einen solchen Hochkonverter einsetzen zu können, mussten die Forscher die Solarzellen optimieren. Denn üblicherweise sind sie auf der Rückseite mit Metall bedampft, damit der Strom aus den Solarzellen herausfließen kann – es kann also kein Licht hindurch. Die Wissenschaftler haben die Solarzellen mit Metallgittern auf der Vorder- wie auf der Rückseite versehen, damit das IR-Licht durch die Solarzelle hindurch geht. Zudem lässt sich das Licht so von beiden Seiten nutzen. Vorder- und Rückseite der Solarzelle haben die Wissenschaftler mit speziellen Antireflex-Beschichtungen versehen. Diese entspiegeln die Oberflächen und sorgen dafür, dass die Zelle möglichst viel Licht aufnimmt.
Treffen die Sonnenstrahlen auf die Solarzelle, absorbiert diese das sichtbare und das nahinfrarote Licht. Der infrarote Anteil wird jedoch nicht absorbiert, er geht durch sie hindurch. Auf der Rückseite trifft er auf den Hochkonverter – im Wesentlichen ein mikrokristallines Pulver aus Natrium-Yttrium-Fluorid, das in einen Polymer eingebettet ist. Ein Teil des Yttriums haben die Wissenschaftler durch das optisch aktive Element Erbium ersetzt, welches letztendlich für die Hochkonversion verantwortlich ist. Trifft nun Licht auf diesen Hochkonverter, regt es die Erbium-Ionen an, sie werden in einen höheren Energiezustand versetzt. Der Hochkonverter sammelt die Energie mehrerer dieser Teilchen und überträgt diese auf ein Einziges. Dieses hat dann so viel Energie, dass die Solarzelle es »sieht« und nutzen kann. Erste Firmen wollen das Potenzial bereits nutzen, so ISE.
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