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Die Sonne in einem neuen Licht sehen

Wissenschaftler entwickelten lichtempfindliche molekulare Systeme, die in Verbindung mit Solarzellen die Absorption eines breiteren Spektrums der Sonnenenergie ermöglichen. Eine erhöhte Umwandlungseffizienz könnte die Marktaufnahme vorantreiben.

Energie

Die Nutzung der Sonnenenergie mit moderner Photovoltaik (PV) für die Stromerzeugung steht kurz vor einer breiten Marktpenetration. Für den letzten Schritt ist eine Erhöhung der Energieumwandlungseffizienz in Verbindung mit niedrigeren Kosten nötig.Ein vielversprechender Weg für mehr Effizienz ist die Ausweitung des Absorptionsspektrums von PV-Materialien, um so einen größeren Teil des Sonnenspektrums zu nutzen. Derzeit reichen die Absorptionsspektren der besten PV-Materialien von Wellenlängen von 400 bis 1.200 Nanometern (nm). Das Sonnenspektrum umfasst aber Wellenlängen im Bereich von 290 bis 3.790 nm.Mit dem EU-geförderten Projekt EPHOCELL ("Smart light collecting system for the efficiency enhancement of solar cells") wollen Wissenschaftler das Potenzial des intra- und intermolekularen Energietransfers mittels einer photolumineszierenden Verbindung untersuchen. Die Abwärtskonversion (down-shifting: DS) - die Umwandlung von Licht mit höherer Energie in welches mit niedrigerer Energie - ist ein relativ gut erforschter Prozess, die praktische Anwendung der Aufwärtskonversion (Up-Conversion: UC) in PV-Geräten bleibt aber eine Herausforderung. EPHOCELL konzentrierte sich auf die Entwicklung eines einfachen Wellenmodulators aus innovativen UC- und DS-Materialien, um die Effizienz der PV-Module deutlich zu verbessern.Die Quantenausbeute (QY) einer photolumineszierenden Verbindung ist ein Maß für die Effizienz. EPHOCELL zielte auf eine QY-Konversion von mindestens 85% für DS und 12% für UC. Erreicht wurde ein Rekordhoch von 13% QY-Konversion für UC und 76% für DS. Für die Kopplung der Systeme mit Wafer-basierten kristallinem Silizium (Si), amorphem Silizium (a-Si) und farbstoffsensibilisierten Solarzellen wurden verschiedene Wirtsmaterialien und Konverter entwickelt. Die DS-gekoppelten PV-Zellen wiesen eine Effizienzsteigerung von bis zu 45%, die UC-gekoppelten von bis zu 2% auf. Prognosen für künftige "ideale" UC-Systeme wurden basierend auf Modellierungsergebnissen gemacht, eine Kosten-Nutzen-Analyse ermöglichte vorläufige Vergleiche mit den Kosten für andere Technologien für die Effizienzverbesserung in der Photovoltaik.EPHOCELL hat den Stand von molekularen Systemen für die PV-Modulation hinsichtlich einer höheren Effizienz wesentlich vorangetrieben. Die neue Technologie ebnete den Weg für eine breite Markteinführung von PV-Technologien.

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4 Dezember 2020