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News: Mehr Licht

Die Gewinnung von Strom aus der Sonne gilt als Schlüsseltechnologie der Zukunft. Jetzt fanden Wissenschaftler eine Methode, um den Wirkungsgrad von Solarzellen zu erhöhen.
Tag für Tag strahlen 120 000 Kilojoule Sonnenenergie pro Quadratmeter auf die Erde ein. Kein Wunder, dass Techniker und Ingenieure versuchen, diese unerschöpfliche und ergiebige Energiequelle zu nutzen. Dabei ist die Technik, die Sonne direkt anzuzapfen, um Strom zu gewinnen, schon lange bekannt.

Doch leider ist der Wirkungsgrad von Solarzellen begrenzt. Denn die photovoltaischen Elemente nutzen nur einen bestimmten Spektralbereich des einfallenden Lichtes, da nur die Photonen mit der "passenden" Wellenlänge Elektronen in das Leitungsband des Halbleiters hieven können. Langwelligere Photonen mit zu geringer Energie zeigen keinerlei Effekt, die Energie kurzwelligerer Photonen geht in nutzloser Wärme verloren. Der theoretische Wirkungsgrad von Solarzellen kann daher 30 Prozent nicht überschreiten.

Doch Thorsten Trupke und Martin Green von der australischen University of New South Wales haben zusammen mit Peter Würfel von der Universität Karlsruhe daran gearbeitet, diesen theoretischen Wirkungsgrad zu erhöhen. Mit Erfolg.

Die Forscher entwickelten einen so genannten Lumineszenz-Konverter aus den Materialien Aluminiumarsenid oder Galliumphosphid. Sobald der Konverter ein energiereiches Photon absorbiert, hebt er ein Elektron auf ein höheres Energieniveau. Das Elektron verharrt hier jedoch nicht, sondern fällt – über mehrere Zwischenniveaus – in seinen Grundzustand zurück und emittiert bei jedem Schritt Photonen niedrigerer Energie.

Den Forschern gelang es, ihren Konverter passgenau abzustimmen, sodass er ein energiereiches Photon in zwei energieärmere umwandelte, die genau dem Bedarf der Solarzelle entsprachen. Damit ließ sich der theoretische Wirkungsgrad auf fast 40 Prozent steigern.

Doch wohin mit dem Konverter? Am effektivsten arbeitet er, wenn er hinter die Solarzelle geschaltet wird. Denn dann nutzt die Photozelle die Photonen passender Wellenlänge, während die energiereicheren hindurchstrahlen und vom Konverter umgewandelt werden könnten.

Allerdings leider lassen die meisten Photozellen energiereicheres Licht gar nicht erst passieren. Die Forscher schlagen daher vor, den Konverter vor der Solarzelle zu platzieren. Damit geht der Wirkungsgrad zwar leicht zurück, herkömmliche Solarzellen ließen sich jedoch problemlos umrüsten.

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