Den Weg zu Netto-Null erhellen: Effizienzsteigerung durch Singulett-Fission in Solarzellen

BerlinWissenschaftler steigern die Effizienz neuer Solarzellen durch die Aufspaltung von Photonen in kleinere Bestandteile. Forscher der UNSW Sydney haben in der Zeitschrift Nature Chemistry eine Studie veröffentlicht, die den Prozess der Singulett-Spaltung erläutert. Dieser Prozess könnte die bestehende Silizium-Solarzellentechnologie verbessern.

Die meisten Solarzellen bestehen heute aus Silizium und wandeln Sonnenlicht in Strom um, jedoch sind sie nicht sehr effizient. Die besten Silizium-Solarzellen erreichen lediglich eine Effizienz von etwa 27,3%, nahe ihrem theoretischen Maximum von 29,4%. Wissenschaftler wie Professor Tim Schmidt und Professor Ned Ekins-Daukes glauben, dass der Einsatz eines Verfahrens namens Singulettspaltung ihre Effizienz weiter steigern könnte.

Wichtige Erkenntnisse:

• Singulett-Spaltung kann die Effizienz von Solarzellen erhöhen, indem sie Photonen in kleinere Energieeinheiten aufteilt.
• Dadurch wird der Energieverlust als Wärme reduziert, insbesondere bei hochenergetischen blauen Photonen.
• Magnetfelder wurden eingesetzt, um den Prozess der Singulett-Spaltung zu verlangsamen und besser zu verstehen.
• Die UNSW strebt an, mit der Finanzierung von ARENA einen Prototyp mit über 30 % Effizienz zu entwickeln.

Singlet-Spaltung: Wie ein Photon doppelt Energie erzeugt und Solarzellen effizienter macht

Bei der Singlet-Spaltung erzeugt ein Photon zwei Energieeinheiten, wodurch der Energieverlust in Form von Wärme verringert wird und Solarmodule effizienter arbeiten. Verschiedene Lichtfarben enthalten Photonen mit unterschiedlichen Energiemengen; blaue Photonen haben mehr Energie als rote. Derzeit wandeln Solarmodule sämtliches Licht in ein einzelnes Energieniveau um, was zu erheblichen Wärmeverlusten führt.

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Eine zusätzliche Schicht, die Singulettspaltung ermöglicht, verbessert die Effizienz von Silizium-Solarzellen. Diese Schicht sorgt dafür, dass mehr Strom erzeugt wird, wodurch die Zellen besser funktionieren und weniger Energie verschwendet wird.

Die Erforschung der Singulett-Spaltung ist eine komplexe Aufgabe. Forscher nutzten eine Laserlicht-Wellenlänge zur Anregung des Materials und setzten Magnetfelder mit einem Elektromagneten hinzu. Dadurch wurde der Prozess verlangsamt und einfacher zu analysieren. Diese Methode wurde bisher noch nicht ausprobiert. Ihr Verständnis darüber, wie die Singulett-Spaltung auf molekularer Ebene funktioniert, bringt sie der Entwicklung nützlicher Anwendungen näher.

Die Australian Renewable Energy Agency (ARENA) unterstützt Forschungen durch ihr Ultra Low Cost Solar-Programm. Ihr Ziel ist es, bis 2030 Solarzellen mit einer Effizienz von über 30 % für weniger als 30 Cent pro Watt zu entwickeln. Dieses Vorhaben zeigt das Potenzial der Singulett-Spaltungstechnologie, die Effizienz der Solarenergie zu verbessern.

Professoren Schmidt und Ekins-Daukes sind zuversichtlich, dass sie mithilfe ihrer neuen Erkenntnisse einen Prototyp entwickeln können. Sie arbeiten mit Industriepartnern zusammen, um diese Technologie marktreif zu machen. Sollte dies gelingen, wäre es ein bedeutender Fortschritt in der erneuerbaren Energie.

Die neue Methode, Lichtenergie zu nutzen, könnte entscheidend für die Zukunft der Solarenergie sein. Sie verbessert die Effizienz von Solarpanels und hilft uns, Emissionen zu reduzieren. Fortschrittliche Solarzellentechnologie ist essenziell für eine saubere und nachhaltige Energiezukunft.