Tarnkappe erhöht Effizienz von Solarzellen
Rillen leiten Sonnenlicht um Kontakte herum.
Die Effizienz von handelsüblichen Solarzellen liegt bei etwa zwanzig Prozent. Wissenschaftler am Karlsruher Institut für Technologie stießen nun auf einen unkonventionellen Weg, um die Effizienz von Solarzellen zu steigern: Optische Tarnkappen leiten das Sonnenlicht um Objekte, wie etwa die Kontakte zur Stromabfuhr herum, die eigentlich einen Schatten auf das Solarpanel werfen.
Abb.: Eine spezielle Tarnkappen-Beschichtung (rechts) leitet Sonnenlicht an den Kontakten für die Stromableitung vorbei auf die aktive Fläche der Solarzelle. (Bild: M. Schumann, KIT)
„Unsere Modellexperimente haben gezeigt, dass die Tarnschicht die Kontaktfinger fast vollständig unsichtbar macht“, sagt Martin Schumann vom KIT, der die Experimente und Simulationen durchgeführt hat. Forscher des KIT um Carsten Rockstuhl, den Leiter des Projekts, haben gemeinsam mit Partnern aus Aachen, Freiburg, Halle, Jena und Jülich die am KIT entworfene optische Tarnkappe weiterentwickelt, um das einfallende Licht um die Kontaktfinger der Solarzelle herumzuführen.
Um den Tarneffekt zu erzielen, gingen die Wissenschaftler zwei Möglichkeiten nach. Bei beiden Verfahren wird auf die Solarzelle eine Polymerschicht aufgebracht. Diese muss exakt berechnete optische Eigenschaften besitzen, nämlich entweder einen Brechungsindex, der vom Ort abhängt, oder eine spezielle Oberflächenform. Das zweite Konzept ist besonders vielversprechend, da es sich potenziell auch kostengünstig in die Massenproduktion von Solarzellen integrieren lässt. Die Oberfläche der Tarnschicht weist dabei Rillen auf, die entlang der Kontaktfinger ausgerichtet sind. So wird das einfallende Licht von den Kontaktfingern weg gebrochen und trifft schließlich auf die aktive Fläche der Solarzelle.
Die Forscher haben in einem Modellexperiment und anhand von ausführlichen Simulationen gezeigt, dass sich beide Konzepte dazu eignen, die Kontaktfinger zu tarnen. Im nächsten Schritt ist geplant, die Tarnschicht auf eine Solarzelle aufzubringen, um die tatsächliche Effizienzsteigerung zu bestimmen. Die Physiker sind optimistisch, dass sich auch unter realen Bedingungen eine Verbesserung durch die Tarnschicht ergibt. „Wenn man eine derartige Schicht auf eine echte Solarzelle aufbringt“, so Schumann, „sollten sich die optischen Verluste durch die Kontaktfinger reduzieren und die Effizienz sollte um bis zu zehn Prozent steigen.“
KIT / RK
