Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Eindeutiger Quanteneffekt in Silizium-Nanokristallen gefunden

26.07.2007
Quantenpunktmaterialien können die Effizienz von Silizium-Solarzellen verbessern

Wissenschaftler des staatlichen Labors für erneuerbare Energien (NREL - National Renewable Energy Laboratory) des US-Energieministeriums (DOE - Department of Energy) haben in Zusammenarbeit mit Innovalight, Inc. gezeigt, dass ein neuer und entscheidender Effekt, der als mehrfache Exzitonerzeugung (MEG - Multiple Exciton Generation) bezeichnet wird, in Silizium-Nanokristallen in effizienter Weise stattfindet. MEG führt zur Bildung von mehreren Elektronen je absorbiertem Photon.

Silizium ist das in heutigen Solarzellen überwiegend verwendete Halbleitermaterial und hat am Markt der fotovoltaischen Zellen einen Anteil von über 93%. Bis zu dieser Entdeckung wurde das Eintreten von MEG in den vergangenen beiden Jahren nur für Nanokristalle (auch Quantenpunkte genannt) von Halbleitermaterialien gemeldet, die in kommerziellen Solarzellen zur Zeit nicht eingesetzt werden und die umweltschädliche Materialien (wie Blei) enthalten. Das neue Ergebnis öffnet die Tür für eine mögliche Anwendung der MEG zu einer ausserordentlichen Steigerung der Konversionseffizienz von Silizium-Solarzellen, da mehr Sonnenenergie in Elektrizität umgewandelt wird. Das ist ein entscheidender Schritt für eine im Hinblick auf die Kosten wettbewerbsfähige Solarenergie mit konventionellen Energiequellen.

In einem Dokument, das am 24. Juli in der ersten Online-Version des American Chemical Society's Nano Letters Journal (siehe
http://pubs3.acs.org/acs/journals/doilookup?in_doi=10.1021/nl071486l)
veröffentlicht wurde, berichtete ein Team von NREL, dass Silikon-Nanokristalle oder Quantenpunkte, die von Innovalight gewonnen wurden, aus einzelnen Photonen des Sonnenlichts, die Wellenlängen von weniger als 420 nm aufweisen, mehrere Elektronen erzeugen können. Wenn bei den heutigen fotovoltaischen Solarzellen ein Photon des Sonnenlichts absorbiert wird, gehen etwa 50% der anfallenden Energie als Wärme verloren. MEG bietet einen Weg, um etwas von dieser als Wärme verlorenen Energie in zusätzliche Elektrizität umzuwandeln.
... mehr zu:
»MEG »NREL »Photon »Quantenpunkt »Solarzelle

Die von Innovalight, Inc., einem Entwickler von Dünnschicht-Solarzellen mit Sitz in Santa Clara im US-Bundesstaat Kalifornien, erzeugten Silikon-Nanokristalle wurden vom NREL im Rahmen einer Zusammenarbeit von Wissenschaftlern des NRELs und Innovalight untersucht. Dem NREL-Team gehörten Matthew C. Beard, Kelly P. Knutsen, Joseph M. Luther, Qing Song, Wyatt Metzger, Randy J. Ellingson und Arthur J. Nozik an.

Die Forschungsergebnisse stellen eine wichtige Erweiterung der verfügbaren Halbleitermaterialien, die MEG aufweisen, dar und sind eine weitere Bestätigung der Pionierarbeit von Nozik, der im Jahr 1997 vorhergesagt hatte, dass Halbleiterquantenpunkte eine effiziente Vervielfachung von Elektronen darstellen und demzufolge die Effizienz von Solarzellen erhöhen könnten.

Bis heute beruhten alle Versuche, die eine Erzeugung mehrerer Elektronen je absorbiertem Photon gezeigt hatten, auf verschiedenen Arten der optischen Spektroskopie. In einem Solarzellengerät ist es erforderlich, die Elektronen, die in den Quantenpunkten erzeugt werden, zu extrahieren und diese dann über einen externen Kreislauf weiterzuleiten, um elektrische Energie zu erzeugen. Derartige Versuche werden derzeit von NREL, Innovalight sowie anderen Labors zur Erbringung des Nachweises durchgeführt, dass MEG tatsächlich zu einer erweiterten Effizienz von Solarzellen führen kann. Die bei NREL von Mark Hanna und Nozik durchgeführten Berechnungen haben gezeigt, dass die maximale theoretische Effizienz von Quantenpunktsolarzellen mit einer optimalen MEG bei normalem, unkonzentriertem Sonnenlicht etwa 44% und bei durch einen Faktor von 500 mit Speziallinsen oder Spiegeln konzentriertem Sonnenlicht 68% beträgt. Die heute gebräuchlichen Solarzellen, die ein Elektron je Photon erzeugen, haben unter denselben solaren Bedingungen eine maximale Effizienz von jeweils 33% und 40%.

Zusätzlich zur effizienten Extrahierung der Elektronen aus den Quantenpunkten in Solarzellen zielt die zukünftige Forschung darauf, MEG bei Wellenlängen zu erzeugen, die eine grössere Überlappung mit dem Sonnenspektrum aufweisen und - bei abnehmender Wellenlänge der Photone - einen wesentlich schärferen Anfang der MEG-Prozesse herbeiführen.

NREL ist das wichtigste staatliche Labor zur Erforschung und Entwicklung erneuerbarer Energien und Energieeffizienz des US-Energieministeriums. Die Forschung von NREL wurde von den DOE-Bereichen Office of Science (Wissenschaftssekretariat), Office of Basic Energy Sciences (Sekretariat für fundamentale Energiewissenschaften), Division of Chemical Sciences, Geosciences and Biosciences (Abteilung für chemische Wissenschaften, Geo- und

Biowissenschaften) finanziert. Das NREL wird für DOE vom Midwest Research Institute und von Battelle geleitet.

George Douglas | presseportal
Weitere Informationen:
http://www.nrel.gov
http://www.innovalight.com

Weitere Berichte zu: MEG NREL Photon Quantenpunkt Solarzelle

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht MADMAX: Ein neues Experiment zur Erforschung der Dunklen Materie
20.10.2017 | Max-Planck-Institut für Physik

nachricht Hochfeldmagnet am BER II: Einblick in eine versteckte Ordnung
20.10.2017 | Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie GmbH

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Physik Astronomie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Hochfeldmagnet am BER II: Einblick in eine versteckte Ordnung

Seit dreißig Jahren gibt eine bestimmte Uranverbindung der Forschung Rätsel auf. Obwohl die Kristallstruktur einfach ist, versteht niemand, was beim Abkühlen unter eine bestimmte Temperatur genau passiert. Offenbar entsteht eine so genannte „versteckte Ordnung“, deren Natur völlig unklar ist. Nun haben Physiker erstmals diese versteckte Ordnung näher charakterisiert und auf mikroskopischer Skala untersucht. Dazu nutzten sie den Hochfeldmagneten am HZB, der Neutronenexperimente unter extrem hohen magnetischen Feldern ermöglicht.

Kristalle aus den Elementen Uran, Ruthenium, Rhodium und Silizium haben eine geometrisch einfache Struktur und sollten keine Geheimnisse mehr bergen. Doch das...

Im Focus: Schmetterlingsflügel inspiriert Photovoltaik: Absorption lässt sich um bis zu 200 Prozent steigern

Sonnenlicht, das von Solarzellen reflektiert wird, geht als ungenutzte Energie verloren. Die Flügel des Schmetterlings „Gewöhnliche Rose“ (Pachliopta aristolochiae) zeichnen sich durch Nanostrukturen aus, kleinste Löcher, die Licht über ein breites Spektrum deutlich besser absorbieren als glatte Oberflächen. Forschern am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) ist es nun gelungen, diese Nanostrukturen auf Solarzellen zu übertragen und deren Licht-Absorptionsrate so um bis zu 200 Prozent zu steigern. Ihre Ergebnisse veröffentlichten die Wissenschaftler nun im Fachmagazin Science Advances. DOI: 10.1126/sciadv.1700232

„Der von uns untersuchte Schmetterling hat eine augenscheinliche Besonderheit: Er ist extrem dunkelschwarz. Das liegt daran, dass er für eine optimale...

Im Focus: Schnelle individualisierte Therapiewahl durch Sortierung von Biomolekülen und Zellen mit Licht

Im Blut zirkulierende Biomoleküle und Zellen sind Träger diagnostischer Information, deren Analyse hochwirksame, individuelle Therapien ermöglichen. Um diese Information zu erschließen, haben Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnik ILT ein Mikrochip-basiertes Diagnosegerät entwickelt: Der »AnaLighter« analysiert und sortiert klinisch relevante Biomoleküle und Zellen in einer Blutprobe mit Licht. Dadurch können Frühdiagnosen beispielsweise von Tumor- sowie Herz-Kreislauf-Erkrankungen gestellt und patientenindividuelle Therapien eingeleitet werden. Experten des Fraunhofer ILT stellen diese Technologie vom 13.–16. November auf der COMPAMED 2017 in Düsseldorf vor.

Der »AnaLighter« ist ein kompaktes Diagnosegerät zum Sortieren von Zellen und Biomolekülen. Sein technologischer Kern basiert auf einem optisch schaltbaren...

Im Focus: Neue Möglichkeiten für die Immuntherapie beim Lungenkrebs entdeckt

Eine gemeinsame Studie der Universität Bern und des Inselspitals Bern zeigt, dass spezielle Bindegewebszellen, die in normalen Blutgefässen die Wände abdichten, bei Lungenkrebs nicht mehr richtig funktionieren. Zusätzlich unterdrücken sie die immunologische Bekämpfung des Tumors. Die Resultate legen nahe, dass diese Zellen ein neues Ziel für die Immuntherapie gegen Lungenkarzinome sein könnten.

Lungenkarzinome sind die häufigste Krebsform weltweit. Jährlich werden 1.8 Millionen Neudiagnosen gestellt; und 2016 starben 1.6 Millionen Menschen an der...

Im Focus: Sicheres Bezahlen ohne Datenspur

Ob als Smartphone-App für die Fahrkarte im Nahverkehr, als Geldwertkarten für das Schwimmbad oder in Form einer Bonuskarte für den Supermarkt: Für viele gehören „elektronische Geldbörsen“ längst zum Alltag. Doch vielen Kunden ist nicht klar, dass sie mit der Nutzung dieser Angebote weitestgehend auf ihre Privatsphäre verzichten. Am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) entsteht ein sicheres und anonymes System, das gleichzeitig Alltagstauglichkeit verspricht. Es wird nun auf der Konferenz ACM CCS 2017 in den USA vorgestellt.

Es ist vor allem das fehlende Problembewusstsein, das den Informatiker Andy Rupp von der Arbeitsgruppe „Kryptographie und Sicherheit“ am KIT immer wieder...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Das Immunsystem in Extremsituationen

19.10.2017 | Veranstaltungen

Die jungen forschungsstarken Unis Europas tagen in Ulm - YERUN Tagung in Ulm

19.10.2017 | Veranstaltungen

Bauphysiktagung der TU Kaiserslautern befasst sich mit energieeffizienten Gebäuden

19.10.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Forscher finden Hinweise auf verknotete Chromosomen im Erbgut

20.10.2017 | Biowissenschaften Chemie

Saugmaschinen machen Waschwässer von Binnenschiffen sauberer

20.10.2017 | Ökologie Umwelt- Naturschutz

Strukturbiologieforschung in Berlin: DFG bewilligt Mittel für neue Hochleistungsmikroskope

20.10.2017 | Förderungen Preise