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Nanodrähte ermöglichen günstige Solarzellen

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Nanodrähte: Wald unter dem Mikroskop (Foto: Wallentin et al.)

Forschern an der Universität Lund ist es gelungen, eine Solarzelle aus Indiumphosphid-Nanodrähten zu fertigen, die 13,8 Prozent Effizienz bietet. Der Clou dabei ist, dass die Drähte nur knapp ein Achtel der Oberfläche bedecken und der Materialverbrauch entsprechend gering ausfällt. Zudem ist denkbar, auf der freien Fläche Nanodrähte aus anderen Materialen zu nutzen, um insgesamt eine noch höhere Ausbeute zu erzielen.

Ein weiterer potenzieller Vorteil der aktuell im Magazin Science beschriebenen Entwicklung ist, dass derartige Solarzellen breit einsetzbar sein könnten. "Uns schwebt vor, die Nanodrähte in ein biegsames Substrat einzubetten", erklärt Magnus Borgström, Halbleiterphysiker in Lund, gegenüber pressetext. Dafür sei zwar noch einige Entwicklungsarbeit nötig, doch könnten solche Zellen noch nie dagewesene Flexibilität bieten, da auch die Nanodrähte selbst sehr flexibel sind.

Kleine Drähte, große Wirkung

Seit einigen Jahren arbeiten Forscher rund um die Welt, unter anderem im Auftrag der NASA, an Nanodraht-Solarzellen, konnten bislang aber nicht einmal zehn Prozent Effizienz erreichen. Dem Team in Lund ist auf diesem Gebiet also ein Durchbruch gelungen. Bei seiner Entwicklung entsteht ein Wald aus vier Mio. Nanodrähten pro Quadratmillimeter. Wichtig ist dabei, dass die einzelnen Drähte einen ganz bestimmten, optimalen Durchmesser haben. "Die hohe Effizienz kommt durch resonante Lichtabsorption in dieser Geometrie zustande, wobei die Nanodrähte als Antennen fungieren", so Borgström.

Den Forschern zufolge kann die Nanodraht-Entwicklung etwa so viel Strom produzieren wie eine Dünnschicht-Solarzelle aus dem gleichen Material. Dabei bedecken die Drähte aber nur zwölf Prozent der Fläche. Genau das ist auch ein Vorteil gegenüber klassischen Silizium-Flachzellen, an deren Wirkungsgrad die Neuentwicklung zwar beinahe, aber noch nicht ganz herankommt. Von Mehrfachsolarzellen, die bald über 50 Prozent Effizienz erreichen sollen (pressetext berichtete: http://pressetext.com/news/20130115016 ), ist man ohnehin noch weit entfernt. Doch das soll sich ändern.

Potenzial durch Drahtkombination

"Wir streben eine Mehrfach-Technologie an, der das axiale Design der Nanodrähte das Tor öffnet", betont Borgström. Da die Indiumphosphid-Drähte in der aktuellen Zelle nur ein Achtel der Oberfläche bedecken, wäre genug Platz für Nanodrähte aus anderen Materialien, die genau wie bei klassischen Mehrfachsolarzellen Licht anderer Wellenlängen absorbieren und so die Stromausbeute weiter steigern. Die Forscher gehen davon aus, dass solch eine Kombination leichter und günstiger zu realisieren sein dürfte als bei herkömmlichen Solarzellen. Der optimale Durchmesser der jeweiligen Nanodrähte müsste aber für jedes Material separat bestimmt werden.

Neben dem Potenzial für sehr flexible Solarzellen, die auf diversen Oberflächen zum Einsatz kommen könnten, besteht auch die Hoffnung, dass Nanodraht-Zellen bei großen Solar-Kraftwerken in den Südwest-USA, Südspanien oder Afrika zum Einsatz kommen könnten. Bis es dazu kommt, wird es aber noch dauern, denn bisher existieren nur Labor-Prototypen und es gibt noch offene Fragen. So ist Borgström zufolge noch nicht genau geklärt, ob die Nanodraht-Zellen wirklich langfristig ihre hohe Effizienz beibehalten. Das ist ein wichtiger potenzieller Stolperstein.

Zum Science-Artikel: http://www.sciencemag.org/content/339/6117/263.summary

Thomas Pichler | Quelle: pressetext.redaktion
Weitere Informationen: www.lunduniversity.lu.se

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