Schwarze Diamanten für doppelten Wirkungsgrad bei Sonnenkollektoren
Das EU-finanzierte Projekt PROME3THE2US2 (Production method of electrical energy by enhanced thermal electron emission by the use of superior semiconductors) entwickelte ein neues Konzept zur Gewinnung von Strom aus Solarenergie, das konventionelle Photovoltaik und thermische Energieerzeugung kombiniert. Das Prinzip dieses kombinierten Prozesses (PETE, (photon-enhanced thermionic emission)) ist die thermionische Emission von Elektronen, bei der Photonen in Silizium durch hohe Temperaturen angeregt werden. PETE kann damit als Hochtemperatur-Nachfüllzyklus den Wirkungsgrad solarthermischer Systeme weiter erhöhen. Die Forscher entwickelten ein neues Festkörper-Umwandlungssystem, mit dem Solarstrahlung effizienter in elektrische Energie umgewandelt werden kann. Das System besteht aus einer strahlungsabsorbierenden Kathode, die sichtbare Sonnenstrahlung zur direkten Erzeugung von Photoelektronen sowie Solarinfrarotwärme nutzt. Es verteilt also den Emissionsprozess auf interne PETE und externe Emission im Vakuum. Ein speziell berechneter Abstand zwischen den Elektroden trennt die Kathode von einer konstruierten Anode mit niedriger Austrittsarbeit. Die Austrittsarbeit der Anode, d.h. die Energie, die benötigt wird, um ein Elektron aus dem Feststoff zu entfernen, war sogar niedriger als die der Kathode, um den Elektronenfluss und damit den Wirkungsgrad zu maximieren. Das Team verwendete schwarzen Diamanten in der Kathodenelektrode, ein Material, das hohen Temperaturen widersteht, Elektronen effizient emittiert und zudem Photonen bei Temperaturen bis zu 1000 ° C effektiv absorbiert. Zudem konnte die Leistung des schwarzen Diamanten mithilfe von Störstoffen weiter verbessert werden. PROME3THE2US2 entwickelte ein Konzept für die hocheffiziente Umwandlung von Solarenergie, um den Energiebedarf weltweit besser decken zu können. Mit innovativen Festkörperstrukturen und schwarzen Diamanten kann die Technologie den bisherigen Wirkungsgrad von Photovoltaikanlagen verdoppeln, zudem ist das kostengünstige Material neben der Solartechnik auch für andere elektronische Anwendungen nutzbar.
Schlüsselbegriffe
Schwarzer Diamant, solare Konzentration, PROME3THE2US2, elektrische Energie, photonenverstärkte thermionische Emission
