Es ist kein Geheimnis, dass beliebte Silizium-Solarmodule nur begrenzt effizient Licht in Strom umwandeln können. Dies liegt daran, dass jedes Photon nur ein Elektron herausschlägt, obwohl die Energie eines Lichtteilchens ausreichen kann, um zwei Elektronen herauszuschlagen. In einer neuen Studie zeigen MIT-Wissenschaftler, dass diese grundlegende Einschränkung überwunden werden kann und den Weg für Silizium-Solarzellen mit deutlich höherer Effizienz ebnet.
Die Fähigkeit eines Photons, zwei Elektronen herauszuschlagen, wurde vor etwa 50 Jahren theoretisch begründet. Doch die ersten erfolgreichen Experimente wurden erst vor 6 Jahren reproduziert. Als Experiment wurde dann eine Solarzelle aus organischen Materialien verwendet. Es wäre verlockend, sich dem effizienteren und häufiger vorkommenden Silizium zuzuwenden, etwas, das Wissenschaftler erst jetzt mit enormer Arbeit geschafft haben.
Während der letzten gelang es, eine Silizium-Solarzelle zu entwickeln, deren theoretische Effizienzgrenze von 29,1 % auf 35 % erhöht wurde, und dies ist nicht die Grenze. Leider musste die Solarzelle hierfür aus drei verschiedenen Materialien zusammengesetzt werden, so dass man in diesem Fall nicht mit monolithischem Silizium auskommen kann. Zusammengebaut ist die Solarzelle ein Sandwich aus organischem Material. in Form eines Oberflächenfilms, des dünnsten (mehrere Atome) Films aus Hafniumoxynitrid und tatsächlich eines Siliziumwafers.
Die Tetracenschicht absorbiert das hochenergetische Photon und wandelt seine Energie in zwei Streuanregungen in der Schicht um. Dies sind die sogenannten Quasiteilchen . Der Trennungsprozess wird als Singulett-Exzitonenspaltung bezeichnet. In grober Näherung verhalten sich Exzitonen wie Elektronen und diese Anregungen können zur Erzeugung von elektrischem Strom genutzt werden. Die Frage ist, wie diese Anregungen auf Silizium und darüber hinaus übertragen werden können.
Eine dünne Schicht Hafniumoxynitrid wurde zu einer Art Brücke zwischen dem oberflächlichen Tetracenfilm und Silizium. Prozesse in dieser Schicht und Oberflächeneffekte auf Silizium wandeln Exzitonen in Elektronen um, und dann geht alles wie gewohnt weiter. Das Experiment konnte zeigen, dass dadurch die Effizienz der Solarzelle im blauen und grünen Spektrum steigt. Laut Wissenschaftlern ist dies nicht die Grenze für die Steigerung des Wirkungsgrades einer Silizium-Solarzelle. Aber selbst die vorgestellte Technologie wird Jahre brauchen, um kommerzialisiert zu werden.
Source: 3dnews.ru