Organische Solarzellen: Erhöhte Effizienz durch Nanogitter

Lichtschluckende Nanogitter aus Gold in dünnen organischen Sandwich-Solarzellen. Was sich anhört wie eine technische Errungenschaft aus einer Science-Fiction-Komödie könnte den Wirkungsgrad von zukünftigen Solarzellen merklich erhöhen.

Photovoltaik SiliziumEffizienzsteigerung um bis zu 175 Prozent

Forscher des NanoStructure Laboratory der Universität in Princeton (USA) haben Solarzellen mit feinsten Gitterstrukturen versehen, um Reflexion und Streuverluste zu verringern. Dabei entstanden Messwerte, die die Effizienz bisheriger organischer Solarzellen bei seitlich eintreffem, diffusen Licht wie z.B. bei Wolkenhimmel um bis zu 175 Prozent übertrafen. Bei direktem Licht lag die Steigerung bei 52 Prozent. Neben der besseren Effizienz bei seitlichem und indirektem Licht liegt ein weiterer Vorteil der neuen Methode in der kompakteren Bauweise, der dünnere, flexiblere und günstigere organische Solarzellen ermöglicht.

Das Lochgitter-System, das auf den Namen „PlaCSH“ (Plasmonic Cabity with Subawavelength Hole-array) hört, konnte in einem breiten Wellenlängenspektrum bis zu 96 Prozent des einfallenden Lichtes absorbieren – selbst bei sehr geringem Einfallswinkel. Bisher besteht die Oberfläche von Dünnschicht-Solarzellen meist aus transparenten Elektroden aus Indiumzinnoxid, das z.B. auch in Touchscreens oder Flüssigkristallbildschirmen seine Anwendung findet. An den Schichtübergängen zu den weiteren Schichten, der Strom erzeugende Schicht und der Metallelektrode, entstehen hohe Streu- und Reflexionsverluste, die den Wirkungsgrad der Solarzellen verringern.

Erwartung der Forscher übertroffen

Dass das feine Metallgitter aus Gold, gerade mal 30 Nanometer hoch und versehen mit Löchern von 175 Nanometern Durchmessern (bei rund 25 Nanometer dünnen Stegen), die Streuverluste so sehr verringern würde, lag allerdings außerhalb des Erwartungsbereiches der Forscher.

Mit der neuen Methode lassen sich Solarzellen in hauchfeine Nanostrukturen „drucken“ und damit günstig auf großen Flächen anbringen. Gegenüber den bisherigen Indiumzinnoxid-Zellen ist damit auch eine Verbesserung Biegsamkeit und der Unempfindlichkeit in Sicht.

Die Forscher hegen zudem die Hoffnung, auch die Effizienz herkömmlicher Silizium-Solarzellen wie sie in den meisten Photovoltaik-Anlagen verbaut sind mit dieser Methode verbessern zu können. So müsse nach Forscherangaben die Zwischenschicht nicht zwangsläufig aus organischem Material bestehen, sondern könne unter Umständen auch durch anorganisches Silizium und Galliumarsenid gebildet werden. Der Vorteil liegt auf der Hand: Bisher liegen organische Solarzellen mit einem Wirkungsgrad von rund vier Prozent weit hinter den Silizium-Konkurrenten, die rund 20 Prozent Effizienz erreichen.

Quelle: Wissenschaft Aktuell

Simon Edel

Journalist, PR- und Marketingmanager, Blogger bei Milk the Sun.