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Innovative Materials for Future Generation Excitonic Solar Cells

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Fortgeschrittene Solarzellen mit längerer Lebensdauer zu geringeren Kosten

Die Nutzung der Sonnenenergie zur Stromerzeugung ist vielleicht die nachhaltigste vorstellbare Alternative zu den fossilen Brennstoffen. Die Entwicklung innovativer Werkstoffe für fortgeschrittene Solarzellen (SC) sollte einer breiteren Anwendung zuträglich sein.

Energie

Es gibt derzeit viele verschiedene Arten von Solarzellen (Geräte zur Umwandlung von Solarenergie), die sich in verschiedenen Entwicklungs- und Vermarktungsstadien befinden. Eine Art, sie zu klassifizieren, basiert auf dem Fotoumwandlungsmechanismus, der zwischen anorganischen (konventionellen) und organischen (exzitonischen) Solarzellen unterscheidet. Exzitonische Solarzellen (XSC) ermöglichen die Ladungserzeugung und -trennung gleichzeitig. Zu ihnen gehören die fortschrittlichsten Farbstoffsolarzellen (DSSC). Der Energiewandlungs-Wirkungsgrad der DSSC ist derzeit gering (rund 11 %) und wird weitestgehend durch die verwendeten Elektrolyte und Farbmaterialien beschränkt. Der Wunsch, diese Hindernisse zu überwinden gab Anstoß für das EU-finanzierte Projekt "Innovative materials for future generation excitonic solar cells" INNOVASOL. Wissenschaftler begannen damit, flüssige Elektrolyten durch kontaktlose Mangelhalbleiter (ein anderes Medium zur Ladungsübertragung) zu ersetzen und die Halbleiter-Quantenpunkte – kleine Nanokristalle, die Licht absorbieren – gegen organische Farben auszutauschen. Darüber hinaus untersuchten die Forscher zwei andere Arten verbundener oder unterstützender Werkstoffe: Moleküle, die sich wie molekulare Relais (MR) verhalten, indem sie Quantenpunkte mit elektronenleitenden Werkstoffen verbinden sowie neuartige Halbleiterwerkstoffe, um die Ladungsübertragung und den Elektronentransport zu maximieren. Mithilfe einer sorgfältigen Selektion der Werkstoffe und mit innovativen Designkonzepten konnte INNOVASOL erfolgreich XSC herstellen, die eine Zielleistung von 15 % aufweisen und dabei gleichzeitig die Herstellkosten verringern sowie die Lebensdauer der Geräte deutlich verlängern. Dieser innovative Ansatz zur Nutzung der Sonnenenergie eignet sich gut für den Fahrzeugsektor, da er bessere Stromsparfunktionen für die Batterieaufladung, eine längere Lebensdauer der Batterien und geringere Kosten verspricht. Er unterstützt auch den Einsatz von Miniatur-Solarmodulen, die Komfort-Beleuchtungsanlagen mit Energie versorgen könnten. INNOVASOL hat zu einer raschen Veränderung der aktuellen XSC-Technik geführt, und die Vermarktung dieser Technologie wird wahrscheinlich für kleine Unternehmen, Verbraucher und die Umwelt von Nutzen sein.

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