Forschende an der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg haben eine neue Methode entdeckt, um den Wirkungsgrad von Solarzellen deutlich zu steigern. Das Team erzeugte kristalline Schichten aus Bariumtitanat, Strontiumtitanat und Calciumtitanat, die abwechselnd in einer Gitterstruktur übereinandergelegt wurden.
Solarzellen basieren meist auf Silizium, aber ihr Wirkungsgrad ist begrenzt. Um dies zu überwinden, experimentieren Wissenschaftler mit alternativen Materialien wie Bariumtitanat, eine ferroelektrische Verbindung aus Barium und Titan. Ferroelektrische Materialien besitzen getrennte positive und negative Ladungen, was zu einer asymmetrischen Struktur führt, die aus Licht Strom erzeugt. Im Gegensatz zu Silizium benötigen ferroelektrische Kristalle keinen pn-Kontakt, um den photovoltaischen Effekt zu induzieren, was die Herstellung von Solarmodulen vereinfacht.
Drei Kristallschichten
Durch das Verdampfen der Kristalle mit einem Hochleistungslaser und das Abscheiden auf Trägersubstraten haben die Forscher Bariumtitanat zwischen Strontiumtitanat und Calciumtitanat eingebettet. Das resultierende Material besteht aus 500 Schichten und ist etwa 200 Nanometer dick. Für photoelektrische Messungen wurde das neue Material mit Laserlicht bestrahlt. Dabei war der Stromfluss trotz Reduzierung des Bariumtitanatanteils bis zu 1.000-mal stärker als bei reinem Bariumtitanat ähnlicher Dicke. Gitterschichten erhöhen die Durchlässigkeit und ermöglichen einen besser zugänglichen Elektronenfluss durch Lichtanregung. Der Schichtaufbau bietet eine höhere Temperaturleistung als reine Ferroelektrika, mit verbesserter Haltbarkeit und ohne spezielle Verpackung. Die genaue Methode wurde in diesem Artikel veröffentlicht.
Das neue Material ermöglicht hocheffiziente und kostengünstige Solarmodule. Darüber hinaus nehmen sie weniger Platz ein, was sie perfekt für städtische Umgebungen mit begrenzter Platzverfügbarkeit macht. Das Material kann die Effizienz von Solarmodulen erheblich steigern, indem es den photovoltaischen Effekt ferroelektrischer Kristalle verstärkt. Die neue Entdeckung ebnet den Weg für einen verbesserten Wirkungsgrad von Solarzellen.
Die Forscher können durch strategische Materialkombinationen eine Substanz entwickeln, die wesentlich mehr Strom erzeugt als herkömmliche siliziumbasierte Paneele. Das Team arbeitet nun aktiv an einem Prototyp, der die Forschungsergebnisse skaliert. Ein Erfolg könnte hier bald den Weg für kommerzielle Solarmodule ebnen, die das neue Material verwenden. Ebenfalls am Arbeitsplan stehen weitere Experimente um die photovoltaischen Effekte, die durch Materialwechselwirkungen erzeugt werden, besser zu verstehen.
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