"Sandwich"-Lösung macht Solarstrom billiger

Alternative zu herkömmlichen Silizium-Solarzellen entwickelt

Da Solarzellen aus äußerst reinem und damit in der Produktion teurem Silizium bestehen, kann Solarstrom wirtschaftlich noch nicht mit konventionellen Energiearten konkurrieren. Wissenschaftler der University of California/Santa Barbara haben jetzt einen laut eigenen Angaben kostengünstige Alternative zu herkömmlichen Solarzellen entwickelt. Der Trick: Die Aufgaben des Siliziums in der Solarzelle wurden auf ein mehrschichtiges Material verteilt.

Dem Halbleiter Silizium kommen in der konventionellen Solarzelle mehrere Aufgaben zu. Zunächst absorbiert es die Photonen des Sonnenlichts und nutzt die Energie der Photonen, um Elektronen aus atomaren Bindungen herauszuschlagen. Die Elektronen werden negativ geladen, zurück bleiben positiv geladene „Löcher“, die den Strom leiten. Um einen Stromfluss zu garantieren, müssen Elektronen und Löcher getrennt bleiben. Darüber hinaus müssen die geladenen Komponenten zu den äußeren Kontakten der Solarzelle transportiert werden.

Die Entwickler der neuen Technologie um Eeric McFarland verteilten nun die Arbeiten des Siliziums und bauten ein „Sandwich“. Sie verwendeten eine dünne mit lichtabsorbierenden Farbmolekülen beschichtete Goldschicht, setzten darunter eine Lage mit dem billigen und halbleitenden Titandioxid. Den Abschluss bildete eine Schicht aus Titan. Den Vorteil der neuen Methode erklären die Forscher im Fachblatt Nature: Einige Elektronen fließen spontan aus dem Titandioxid in die Goldschicht. Es resultiert ein elektrisches Feld, das für die Elektronen eine Barriere bildet. Dennoch können Elektronen, die von den Photonen des Sonnenlichts aus der äußeren Farbschicht aus den atomaren Bindungen herausgeschlagen werden, die Barriere überwinden. Das Zurückfließen der herausgeschlagenen Elektronen und somit das Zusammentreffen mit den Löchern wird aber durch die Barriere verhindert. Somit können die Elektronen nur zum Titankontakt wandern. Werden Goldschicht mit Titanschicht durch ein äußeres Kabel verbunden fließt Strom. Die Löcher spielen anders als bei den Silizium-Solarzellen keine Rolle mehr.

Bislang beträgt die Effizienz, mit der das vielschichtige Material Sonnenlicht in elektrischen Strom umwandelt weniger als ein Prozent. Im Vergleich dazu erreichen Siliuzium-Solarzellen rund 15 Prozent. Die Forscher rechnen damit, dass durch eine Vergrößerung der Oberfläche die Effizienz gesteigert werden kann.