Nanopartikel managen Licht
Forschung an Kolloiden für hocheffiziente Solarzellen.
In den letzten Jahren ist es gelungen, immer dünnere und leichtere Solarzellen zu entwickeln, die beispielsweise auf dünnen Folien aufgedruckt werden können. Schon heute lassen sich Module zur Energieerzeugung konstruieren, die so flexibel sind, dass sie in Rucksäcke, Taschen, Schiebedächer und Vorhänge integrierbar sind. Derzeit hat diese Flexibilität aber den entscheidenden Nachteil, dass insbesondere dünne Solarzellen sehr schwache Stromausbeuten liefern. „Licht kann nicht effizient genug eingefangen werden, wenn die aktive Schicht einer Solarzelle so dünn ist“, erklärt Mukundan Thelakkat von der Universität Bayreuth, der im Rahmen nationaler und internationaler Verbundprojekte die Entwicklung neuer und die Optimierung bereits existierender Photovoltaik-Bauteile vorantreibt.
Abb.: Optische Mikrofotos and Rasterelektronenmikroskop-Aufnahmen verschiedener zusammengefügter Kolloidpartikel auf einem zweidimensionalen Gitter mit hexagonaler Struktur. (Bild: M. Karg et al., Elsevier Ltd.)
Vier Forschungsgruppen verfolgen in Bayreuth das Ziel, die Effizienz von Photovoltaik-Bauteilen mithilfe kleinster Partikel zu steigern. In einem aktuellen Übersichtsartikel schlagen die Autoren eine Brücke zwischen der Photovoltaik und einer vielversprechenden jungen Forschungsrichtung, die sich mit der Selbstanordnung von optisch aktiven Nanopartikeln befasst. Von besonderem Interesse sind dabei Partikel, deren Durchmesser im Bereich der Wellenlänge des sichtbaren Lichts, also im kolloidalen Größenbereich, liegen. „Wenn es gelingt, solche Teilchen kontrolliert in Solarzellen zu integrieren, können sie den Weg des Lichts in einem Photovoltaik-Bauteil deutlich beeinflussen und damit eine höhere Leistung bewirken“, so Matthias Karg, Juniorprofessor für Kolloidale Systeme. „Mit den aufeinander abgestimmten Projekten unserer Bayreuther Forschungsgruppen wollen wir ein solches ‚Lichtmanagement‘ in Dünnschichtsolarzellen realisieren und deren Effizienz dadurch erheblich steigern.“
In ihrer Veröffentlichung beschreiben und vergleichen die Autoren verschiedenste Strategien zur Effizienzverbesserung, die über die Jahre hinweg verschiedenen Arbeitsgruppen weltweit überprüft haben. Die Idee, die einzigartigen optischen Eigenschaften von Nanopartikeln gezielt für die Kontrolle von Licht einzusetzen, erweist sich dabei als ein besonders vielversprechender Forschungsansatz.
Alle vier Arbeitsgruppen sind mit ihren Forschungsarbeiten zur Energieeffizienz aktiv am Profilfeld „Polymer- und Kolloidforschung“ der Universität Bayreuth beteiligt. Dabei vernetzen sie unterschiedliche wissenschaftliche Disziplinen: die Kolloid- und Grenzflächenchemie, die Makromolekulare Chemie, die Ingenieurswissenschaft sowie die Theoretische und Experimentelle Physik optischer Prozesse. Diese Bündelung verschiedenartiger Forschungskompetenzen wird durch den an der Universität Bayreuth angesiedelten DFG-Sonderforschungsbereich „Von partikulären Nanosystemen zur Mesotechnologie“ gefördert.
U. Bayreuth / PH
