Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Jenseits der Farben des Regenbogens

19.04.2016

Ternäre Halbleiter-Nanostrukturen erweitern den nutzbaren Spektralbereich des Sonnenlichts von Solarzellen auf den UV- und Infrarotbereich

Nur grob die Hälfte des Sonnenlichtspektrums nutzen die derzeit gängigen Solarzellen aus kristallinem Silizium für die Umwandlung von Sonnenlicht in elektrische Energie. Auf der Suche nach effektiveren Systemen haben chinesische Wissenschaftler jetzt drei sulfidische Halbleitermaterialien zu einem nanostrukturierten Hybridsystem kombiniert.


Bauweise der Halbleiter-Nanostruktur

(c) Wiley-VCH

Wie sie in der Zeitschrift Angewandte Chemie berichten, wandelt dieses System das volle Sonnenlichtspektrum vom ultravioletten bis zum nahinfraroten Spektralbereich in Elektrizität um. Diese Neuentwicklung markiert eine neue Ebene auf dem Weg zu effizienteren Solaranlagen.

Das derzeit in Solarzellen hauptsächlich verwendete kristalline Silizium deckt effektiv nur den sichtbaren Bereich des Sonnenlichtspektrums ab. Andere Halbleitermaterialien erreichen weitere Spektralregionen, aber die ideale Photozelle sollte kontinuierlich im gesamten Strahlungspektrum vom Ultravioletten bis zum Infraroten die Strahlung aufnehmen und umwandeln können.

Shu-Hong Yu und Jun Jiang von der University of Science and Technology in Hefei (China) und ihre Mitarbeiter haben nun ein nanostrukturiertes Halbleitersystem entwickelt, das effektiv ultraviolettes, sichtbares und nahinfrarotes Licht absorbiert. Dieses Ternärhybrid aus Zink-, Cadmium und Kupfersulfid hat die Form von winzigen, strukturierten Stäbchen und weist eine ideale Anordnung der Bandlücken auf, um die durch Licht erzeugten Ladungsträger effektiv zu sammeln und weiterzuleiten.

Auf Nanostäben aus Zinksulfid ordneten die Wissenschaftler Cadmiumsulfidhüllen wie Perlen auf einer Kette an. Das Zinksulfid absorbiert dabei das UV-Licht, während das Cadmiumsulfid den Bereich des sichtbaren Lichts abdeckt.

Für die IR-Absorption wählten die Wissenschaftler als dritte Komponente fehlstellenbehaftete Kupfersulfidkristalle, die im nahen Infrarot eine besondere Absorptionsart aufweisen: die Oberflächen-Plasmonenresonanz. "Diese Heteronanostäbe absorbieren quer über fast den gesamten Spektralbereich der Sonnenenergie", berichten die Wissenschaftler über ihr Ergebnis.

Die Leistungsfähigkeit der Nanostäbe testeten Yu und seine Mitarbeiter in der elektrochemischen Wasserspaltung. Unter Beleuchtung im gesamten Spektralbereich entwickelten die Elektroden einen deutlichen Photostrom: der erste experimentelle Hinweis auf ein funktionierendes Photovoltaiksystem. Die große Errungenschaft dieser Arbeit ist jedoch die perfekte Justierung der empfindlichen Kontaktstellen zwischen den verschiedenen Halbleitermaterialien.

Die Kontakte ordnen die jeweiligen Energielücken der drei Halbleiterkristalle so an, dass das Material die Photoelektronen effizient sammeln und weiterleiten kann.

"Durch eine solche gestaffelte Anordnung werden die photoerzeugten Elektronen und Löcher in der ternären hybriden Nanostruktur effektiv voneinander getrennt", berichten die Autoren. Obwohl weitere Experimente nötig sind, weist dieses System auf effizientere Solarzellen hin, die auch jenseits der Farben des Regenbogens operieren.

Angewandte Chemie: Presseinfo 13/2016

Autor: Shu-Hong Yu, University of Science and Technology of China, http://staff.ustc.edu.cn/~yulab/

Link zum Originalbeitrag: http://dx.doi.org/10.1002/ange.201601865

Angewandte Chemie, Postfach 101161, 69451 Weinheim, Germany.

Weitere Informationen:

http://presse.angewandte.de

Dr. Renate Hoer | Gesellschaft Deutscher Chemiker e.V.

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Bakterieller Untermieter macht Blattnahrung für Käfer verdaulich
17.11.2017 | Max-Planck-Institut für chemische Ökologie

nachricht Neues Werkzeug für gezielten Proteinabbau
17.11.2017 | Max-Planck-Institut für biophysikalische Chemie

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Ultrakalte chemische Prozesse: Physikern gelingt beispiellose Vermessung auf Quantenniveau

Wissenschaftler um den Ulmer Physikprofessor Johannes Hecker Denschlag haben chemische Prozesse mit einer beispiellosen Auflösung auf Quantenniveau vermessen. Bei ihrer wissenschaftlichen Arbeit kombinierten die Forscher Theorie und Experiment und können so erstmals die Produktzustandsverteilung über alle Quantenzustände hinweg - unmittelbar nach der Molekülbildung - nachvollziehen. Die Forscher haben ihre Erkenntnisse in der renommierten Fachzeitschrift "Science" publiziert. Durch die Ergebnisse wird ein tieferes Verständnis zunehmend komplexer chemischer Reaktionen möglich, das zukünftig genutzt werden kann, um Reaktionsprozesse auf Quantenniveau zu steuern.

Einer deutsch-amerikanischen Forschergruppe ist es gelungen, chemische Prozesse mit einer nie dagewesenen Auflösung auf Quantenniveau zu vermessen. Dadurch...

Im Focus: Leoniden 2017: Sternschnuppen im Anflug?

Gemeinsame Pressemitteilung der Vereinigung der Sternfreunde und des Hauses der Astronomie in Heidelberg

Die Sternschnuppen der Leoniden sind in diesem Jahr gut zu beobachten, da kein Mondlicht stört. Experten sagen für die Nächte vom 16. auf den 17. und vom 17....

Im Focus: «Kosmische Schlange» lässt die Struktur von fernen Galaxien erkennen

Die Entstehung von Sternen in fernen Galaxien ist noch weitgehend unerforscht. Astronomen der Universität Genf konnten nun erstmals ein sechs Milliarden Lichtjahre entferntes Sternensystem genauer beobachten – und damit frühere Simulationen der Universität Zürich stützen. Ein spezieller Effekt ermöglicht mehrfach reflektierte Bilder, die sich wie eine Schlange durch den Kosmos ziehen.

Heute wissen Astronomen ziemlich genau, wie sich Sterne in der jüngsten kosmischen Vergangenheit gebildet haben. Aber gelten diese Gesetzmässigkeiten auch für...

Im Focus: A “cosmic snake” reveals the structure of remote galaxies

The formation of stars in distant galaxies is still largely unexplored. For the first time, astron-omers at the University of Geneva have now been able to closely observe a star system six billion light-years away. In doing so, they are confirming earlier simulations made by the University of Zurich. One special effect is made possible by the multiple reflections of images that run through the cosmos like a snake.

Today, astronomers have a pretty accurate idea of how stars were formed in the recent cosmic past. But do these laws also apply to older galaxies? For around a...

Im Focus: Pflanzenvielfalt von Wäldern aus der Luft abbilden

Produktivität und Stabilität von Waldökosystemen hängen stark von der funktionalen Vielfalt der Pflanzengemeinschaften ab. UZH-Forschenden gelang es, die Pflanzenvielfalt von Wäldern durch Fernerkundung mit Flugzeugen in verschiedenen Massstäben zu messen und zu kartieren – von einzelnen Bäumen bis hin zu ganzen Artengemeinschaften. Die neue Methode ebnet den Weg, um zukünftig die globale Pflanzendiversität aus der Luft und aus dem All zu überwachen.

Ökologische Studien zeigen, dass die Pflanzenvielfalt zentral ist für das Funktionieren von Ökosys-temen. Wälder mit einer höheren funktionalen Vielfalt –...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Event News

Ecology Across Borders: International conference brings together 1,500 ecologists

15.11.2017 | Event News

Road into laboratory: Users discuss biaxial fatigue-testing for car and truck wheel

15.11.2017 | Event News

#Berlin5GWeek: The right network for Industry 4.0

30.10.2017 | Event News

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Technologievorsprung durch Textiltechnik

17.11.2017 | Veranstaltungsnachrichten

IHP präsentiert sich auf der productronica 2017

17.11.2017 | Messenachrichten

Roboter schafft den Salto rückwärts

17.11.2017 | Innovative Produkte