Solarzelle für ultraviolette und infrarote Strahlung
Ternäre Halbleiter-Nanostrukturen erweitern den nutzbaren Spektralbereich des Sonnenlichts.
Nur grob die Hälfte des Sonnenlichtspektrums nutzen die derzeit gängigen Solarzellen aus kristallinem Silizium für die Umwandlung von Sonnenlicht in elektrische Energie. Auf der Suche nach effektiveren Systemen haben chinesische Wissenschaftler jetzt drei sulfidische Halbleitermaterialien zu einem nanostrukturierten Hybridsystem kombiniert. Dieses System wandelt das volle Sonnenlichtspektrum vom ultravioletten bis zum nahinfraroten Spektralbereich in Elektrizität um. Die Neuentwicklung markiert eine neue Ebene auf dem Weg zu effizienteren Solaranlagen.
Abb.: Das nanostrukturierte Hybridsystem wandelt das volle Sonnenlichtspektrum vom ultravioletten bis zum nahinfraroten Spektralbereich in Elektrizität um. (Bild: Wiley-VCH)
Das derzeit in Solarzellen hauptsächlich verwendete kristalline Silizium deckt effektiv nur den sichtbaren Bereich des Sonnenlichtspektrums ab. Andere Halbleitermaterialien erreichen weitere Spektralregionen, aber die ideale Photozelle sollte kontinuierlich im gesamten Strahlungsspektrum vom Ultravioletten bis zum Infraroten die Strahlung aufnehmen und umwandeln können. Shu-
Auf Nanostäben aus Zinksulfid ordneten die Wissenschaftler Cadmiumsulfidhüllen wie Perlen auf einer Kette an. Das Zinksulfid absorbiert dabei das UV-
Die Leistungsfähigkeit der Nanostäbe testeten Yu und seine Mitarbeiter in der elektrochemischen Wasserspaltung. Unter Beleuchtung im gesamten Spektralbereich entwickelten die Elektroden einen deutlichen Photostrom: der erste experimentelle Hinweis auf ein funktionierendes Photovoltaiksystem. Die große Errungenschaft dieser Arbeit ist jedoch die perfekte Justierung der empfindlichen Kontaktstellen zwischen den verschiedenen Halbleitermaterialien. Die Kontakte ordnen die jeweiligen Energielücken der drei Halbleiterkristalle so an, dass das Material die Photoelektronen effizient sammeln und weiterleiten kann. „Durch eine solche gestaffelte Anordnung werden die photoerzeugten Elektronen und Löcher in der ternären hybriden Nanostruktur effektiv voneinander getrennt“, berichten die Forscher. Obwohl weitere Experimente nötig sind, weist dieses System auf effizientere Solarzellen hin, die auch jenseits der Farben des Regenbogens operieren.
Ang. Ch. / RK