Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Durchbruch in Solarzellenentwicklung - Strom aus ultraleichten Nanodrähten

10.02.2012
Ein Wissenschaftlerteam vom Center for Nanointegration (CENIDE) der Universität Duisburg-Essen (UDE) hat eine ausgeklügelte Methode entwickelt, Nanodrähte für ultraleichte Solarzellen nutzbar zu machen. Das Ergebnis wurde in „Advanced Functional Materials“ veröffentlicht.

Herkömmliche Solarzellen, wie man sie von vielen Dächern kennt, bestehen aus zwei Schichten, von denen eine – vereinfacht ausgedrückt – negativ geladen ist, die andere positiv. An der Grenzfläche zwischen diesen Schichten wird die Energie der Sonnenstrahlen absorbiert und in Strom umgewandelt.

Die Wandlung von Sonnenlicht in Strom geschieht dabei auf einer Strecke von etwa einem Hundertstel Millimeter, in der Nanotechnologie ein halber Marathon. Das bedeutet immensen Materialverbrauch, hohes Gewicht und schließlich hohe Kosten. Tauscht man das klassische Solarzellenmaterial Silizium gegen Galliumarsenid aus, wird die Strecke um den Faktor 100 reduziert.

In der Arbeitsgruppe von CENIDE-Professor Franz-Josef Tegude beschäftigt sich Christoph Gutsche während seiner Promotion mit neuartigen Solarzellen im winzigsten Maßstab: Es geht um Nanodrähte aus Galliumarsenid, die an ein menschliches Haar erinnern, aber einen tausendfach kleineren Durchmesser aufweisen. Im Gegensatz zu den klassischen Schichtsystemen, die nur rund 60 Prozent des Sonnenlichts einfangen können, absorbieren dicht an dicht stehende Nanodrähte mehr als 90 Prozent der einfallenden Strahlung. Zudem bestehen Gutsches Drähte aus einem negativ geladenen Kern und einer positiv geladenen Hülle, so dass das Verhältnis zwischen Platzbedarf und der zur Stromerzeugung benötigten Grenzfläche deutlich größer ist als bei den Schichtsystemen. Dies macht die Nanodrähte zu potenziellen Kandidaten für wirtschaftlich wettbewerbsfähige Anwendungen, bei denen ein geringes Gewicht erwünscht ist, beispielsweise in der Raumfahrt.

Um den erzeugten Strom an den Drähten abführen zu können, muss je ein elektrischer Kontakt am Kern und an der Hülle anliegen. Und genau hier lag bisher das Problem derartiger Kern-Hülle-Nanodrähte: Innen wie außen bestehen sie aus Galliumarsenid, der Kern hat einen Durchmesser von 100 Nanometern (nm), mit Hülle messen sie 270 nm im Querschnitt. Den Wachstumsprozess kann man zwar in gewissen Grenzen beeinflussen, nicht aber so, dass z.B. ein Stück Kern aus der Hülle herausragen würde.

Wie kontaktiert man also exakt Kern- und Hüllenoberfläche? Gutsches Idee dazu ist so einfach wie genial. Zwischen Kern und Hülle hat er eine Zwischenschicht eingebaut: Mit Phosphorsäure löst er die äußere Hülle ab, mit Salzsäure die Zwischenhülle. Beide Säuren ätzen selektiv, sodass der Ablösungsprozess jeweils automatisch am Beginn der neuen Schicht stoppt. „Mit dieser Methode können wir auch Schwankungen bei der Herstellung ausgleichen“, erklärt Gutsche. „Wir können tausende Drähte gleichzeitig und vorsichtshalber etwas länger ätzen. An der Schichtgrenze stoppt der Prozess ohnehin.“

Mithilfe dieser Methode haben es die CENIDE-Wissenschaftler als Erste geschafft, einen radialen (von Kern zu Hülle) Nanodraht gezielt und im großen Maßstab reproduzierbar zu kontaktieren und für die Stromerzeugung aus Sonnenlicht zu nutzen.

DOI: 10.1002/adfm.201101759

Redaktion: Birte Vierjahn, Tel. 0203/379-1456, birte.vierjahn@uni-due.de

Katrin Koster | idw
Weitere Informationen:
http://www.uni-due.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Energie und Elektrotechnik:

nachricht Forscher entwickeln effizientere Systeme für Brennstoffzellen und Kraft-Wärme-Kopplung
19.04.2017 | EWE-Forschungszentrum für Energietechnologie e. V.

nachricht Forscher entwickeln Elektrolyte für Redox-Flow-Batterien aus Lignin aus der Zellstoffherstellung
18.04.2017 | Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.V.

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Energie und Elektrotechnik >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Nanoskopie auf dem Chip: Mikroskopie in HD-Qualität

Neue Erfindung der Universitäten Bielefeld und Tromsø (Norwegen)

Physiker der Universität Bielefeld und der norwegischen Universität Tromsø haben einen Chip entwickelt, der super-auflösende Lichtmikroskopie, auch...

Im Focus: Löschbare Tinte für den 3-D-Druck

Im 3-D-Druckverfahren durch Direktes Laserschreiben können Mikrometer-große Strukturen mit genau definierten Eigenschaften geschrieben werden. Forscher des Karlsruher Institus für Technologie (KIT) haben ein Verfahren entwickelt, durch das sich die 3-D-Tinte für die Drucker wieder ‚wegwischen‘ lässt. Die bis zu hundert Nanometer kleinen Strukturen lassen sich dadurch wiederholt auflösen und neu schreiben - ein Nanometer entspricht einem millionstel Millimeter. Die Entwicklung eröffnet der 3-D-Fertigungstechnik vielfältige neue Anwendungen, zum Beispiel in der Biologie oder Materialentwicklung.

Beim Direkten Laserschreiben erzeugt ein computergesteuerter, fokussierter Laserstrahl in einem Fotolack wie ein Stift die Struktur. „Eine Tinte zu entwickeln,...

Im Focus: Leichtbau serientauglich machen

Immer mehr Autobauer setzen auf Karosserieteile aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK). Dennoch müssen Fertigungs- und Reparaturkosten weiter gesenkt werden, um CFK kostengünstig nutzbar zu machen. Das Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) hat daher zusammen mit der Volkswagen AG und fünf weiteren Partnern im Projekt HolQueSt 3D Laserprozesse zum automatisierten Besäumen, Bohren und Reparieren von dreidimensionalen Bauteilen entwickelt.

Automatisiert ablaufende Bearbeitungsprozesse sind die Grundlage, um CFK-Bauteile endgültig in die Serienproduktion zu bringen. Ausgerichtet an einem...

Im Focus: Making lightweight construction suitable for series production

More and more automobile companies are focusing on body parts made of carbon fiber reinforced plastics (CFRP). However, manufacturing and repair costs must be further reduced in order to make CFRP more economical in use. Together with the Volkswagen AG and five other partners in the project HolQueSt 3D, the Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) has developed laser processes for the automatic trimming, drilling and repair of three-dimensional components.

Automated manufacturing processes are the basis for ultimately establishing the series production of CFRP components. In the project HolQueSt 3D, the LZH has...

Im Focus: Wonder material? Novel nanotube structure strengthens thin films for flexible electronics

Reflecting the structure of composites found in nature and the ancient world, researchers at the University of Illinois at Urbana-Champaign have synthesized thin carbon nanotube (CNT) textiles that exhibit both high electrical conductivity and a level of toughness that is about fifty times higher than copper films, currently used in electronics.

"The structural robustness of thin metal films has significant importance for the reliable operation of smart skin and flexible electronics including...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Berührungslose Schichtdickenmessung in der Qualitätskontrolle

25.04.2017 | Veranstaltungen

Forschungsexpedition „Meere und Ozeane“ mit dem Ausstellungsschiff MS Wissenschaft

24.04.2017 | Veranstaltungen

3. Bionik-Kongress Baden-Württemberg

24.04.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Nanoskopie auf dem Chip: Mikroskopie in HD-Qualität

25.04.2017 | Biowissenschaften Chemie

Berührungslose Schichtdickenmessung in der Qualitätskontrolle

25.04.2017 | Veranstaltungsnachrichten

Phoenix Contact übernimmt Spezialisten für Netzleittechnik

24.04.2017 | Unternehmensmeldung