Solarzelle nutzt Wärmestrahlung

Eine zweiseitige Silicium-Solarzelle – hier aufgelegt auf Aluminium-Zylindern – wird von oben mit einem Infrarotlaser beleuchtet.

Solarzellen können die Wärmestrahlung der Sonne nicht nutzen. Um die Infrarotstrahlung in nutzbares Licht umzuwandeln, braucht man einen speziellen Konverter. Wissenschaftler haben einen solchen nun erstmals für Solarzellen konstruiert.

Die Strahlung, die von der Sonne ausgesandt wird, erstreckt sich über ein breites Spektrum, von dem wir nur einen Bruchteil mit unseren Augen wahrnehmen können, nämlich das sichtbare Licht. Wenn wir im Sommer zu lange am Strand liegen und einen Sonnenbrand bekommen, ist dafür die UV-Strahlung verantwortlich, die wir mit bloßem Auge nicht sehen können. Das, was wir als angenehme Wärme auf der Haut spüren hingegen, ist die ebenfalls für uns Menschen unsichtbare Infrarot- oder Wärmestrahlung. 

Nun kann eine Solarzelle ähnlich wie der Mensch nur einen kleinen Teil der Sonnenstrahlung „sehen“, also in Strom umwandeln. Bei Siliziumzellen muss man einen Verlust von 20 Prozent hinnehmen, denn Teile der Infrarotstrahlung lassen sich bisher nicht in nutzbare Energie umwandeln. Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme ISE ist es nun gelungen in Zusammenarbeit mit Kollegen der Universität Bern und der Herit-Watt University Edinburgh mit Hilfe eines Hochkonverters auch die bisher „blinden Flecken“ im Infrarotbereich der Sonnenstrahlung zu nutzen und mittels Solarzellen in Strom umzuwandeln. Hochkonverter dienen dazu, Infrarotstrahlung in nutzbares Licht umzuwandeln. Die Technologie ist schon seit den 1960er Jahren bekannt, wurde aber in der Photovoltaik bisher nicht eingesetzt. Dabei sitzt hier ein großes Potenzial. Während herkömmliche Solarzellen etwa 30 Prozent des Sonnenlichts in elektrischen Strom umwandeln, lässt sich die Ausbeute mit Hilfe eines Hochkonverters auf 40 Prozent erhöhen. 

Das Verfahren ist im Grunde einfach. Normalerweise absorbieren Siliziumsolarzellen das sichtbare und Teile des nahinfraroten Lichts und wandeln es in Strom um, wohingegen das Infrarotlicht durch die Siliziumzelle einfach hindurchgeht. Ein Hochkonverter hat die Aufgabe, diese Infrarotstrahlung aufzuhalten. Er besteht größtenteils aus einem mikrokristallinen Pulver, das in ein Polymer eingebettet ist und wird an der Rückseite der Solarzelle angebracht, wo er die Infrarotstrahlung auffängt und gewissermaßen bündelt. Dadurch kann sie die Solarzelle „sehen“ und in Strom umwandeln. 

Die Wissenschaftler mussten lediglich die Kehrseite der Solarzelle so modifizieren, dass sie den neuen Anforderungen gewachsen ist. Denn üblicherweise ist die Rückseite mit Metall bedampft, durch das kein Licht hindurchfällt. Also hat man die Solarzelle mit Metallgittern auf der Vorder- und Rückseite versehen, so dass das Infrarotlicht die Solarzelle passieren kann. Eine spezielle Antireflex-Beschichtung sorgt dafür, dass die Lichtausbeute so hoch wie möglich ist.

Josephin Lehnert

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1 Kommentar

  • Sehr geehrter Autor,

    ich bin sehr an dieser Technologie interessiert und hätte eine sehr passende Möglichkeit, die neue Technologie in der Realität zu testen. Sehen Sie hierzu auch unser Projekt „energieautarkes Leben“ unter http://www.Liebon.de .

    Ich würde mich freuen, wenn Sie den Kontakt zu den Ansprechpartnern der Firmen/Institute herstellen könnten.

    Mit freundlichen Grüßen,
    Andreas Reitmann

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