Solarzellen: Forscher haben den Stromfluss um den Faktor 1000 erhöht

Die Leistung von Solarzellen ist noch längst nicht in der Nähe ihres Limits angekommen. Das haben jetzt einige Forscher ge­zeigt, die den Stromfluss um den Faktor Tausend steigern konn­ten und entsprechend die Energieausbeute erhöhen. Die Forschung an Solarzellen läuft weiter auf Hochtouren - denn für die Energiewende werden leistungsfähige Systeme benötigt, die sehr effizient arbeiten. Die aktuell am stärksten verbreiteten Module auf Basis von Silizium sind aufgrund dessen begrenztem Wirkungsgrad nicht das Bestmögliche. Andere Materialien bieten bereits bessere Leistungen, bringen aber wiederum neue Probleme mit sich.

Das zeigt sich beispielsweise an Bariumtitanat, einem Mischoxid aus Barium und Titan. Dieses verwertet den Anteil des Lichts, den es absorbiert, ziemlich überragend. Das Problem ist allerdings, dass von dem Material nur sehr wenig Licht absorbiert wird, wodurch am Ende ein vergleichsweise geringer Lichtstrom herauskommt. An der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg hat man aber eine Methode gefunden, wie sich dieses Problem überwinden lässt.

Schichten sind die Lösung

Die Wissenschaftler dort haben das Material mit anderen, ähnlichen Werkstoffen in dünnen Schichten kombiniert. "Wichtig dabei ist, dass sich ein ferroelektrisches mit einem paraelektrischen Material abwechselt", erklärte der Physiker Akash Bhatnagar. Paraelektrische Materialien findet man in den Silizium-Zellen. Hier müssen die einzelnen Kristall-Schichten mit positiven und negativen Ladungsträgern dotiert werden, um einen pn-Übergang zu schaffen, an dem die Spannung entsteht. Bei den ferroelektrische Kristallen ist dies nicht nötig, was auch die Produktion erleichtert.

Die Forschungsgruppe von Bhatnagar zeigte, dass der photovoltaische Effekt nochmals deutlich verstärkt wird, wenn sich die ferroelektrische Schicht nicht nur mit einer, sondern mit zwei verschiedenen paraelektrischen Schichten abwechselt. "Wir haben das Bariumtitanat zwischen Strontium- und Calciumtitanat eingebettet. Dafür werden die Kristalle mit einem Hochleistungslaser verdampft und auf Trägersubstraten wieder abgelagert. Das so hergestellte Material besteht aus 500 Schichten und ist etwa 200 Nanometer dick", erklärte Yeseul Yun, Doktorandin an der MLU.

Bei Tests mit einer Bestrahlung durch Laserlicht kamen Ergebnisse hervor, die sogar die Forscher überraschten. Bis zu tausend Mal stärker wurde der Stromfluss. Der Effekt erwies sich auch als sehr robust. Über einen Zeitraum von sechs Monaten hinweg kam man quasi zu konstanten Ergebnissen, was für die Einschätzung der Lebensdauer einer solchen Solarzelle wichtig ist.

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