Solarzellen erzeugen Strom, indem Elektronen von dem einfallenden Sonnenlicht aus ihrer normalen Umlaufbahn in das so genannte Leitungsband “geschubst” werden. Um diese Bandlücke zu überwinden, müssen die Photonen einen fest bestimmten Wert an Energie auf die Elektronen übertragen. Einige Lichtteilchen tragen allerdings mindestens doppelt soviel Energie als eigentlich für diesen Elektronen-Sprung nötig ist. Geht diese Energie bisher in Form von Wärme verloren, kann ein vorgeschalteter Photonen-Spalter diese Energie auf zwei Lichtteilchen übertragen. Beide Photonen könnten dann Elektronen anregen und darüber Strom produzieren.
Um ihre Idee in einen Prototypen umzusetzen, schlagen die Wissenschaftler eine zusätzliche Schicht aus Aluminiumarsenid oder Galliumphosphid vor. Auf die Solarzelle aufgebracht, fängt dieses Material die energiereichen Photonen ab. Dabei werden Elektronen für kurze Zeit in einen angeregten Zustand versetzt. Fallen sie über zwei Stufen wieder in ihr ursprüngliches Energieniveau zurück, sollen zwei Photonen entstehen. Beide tragen dann ausreichend Energie, um im Silizium-Kristall Strom zu erzeugen.
Die beste Ausbeute ist theoretisch möglich, wenn sich dieser Photonen-Spalter auf der Rückseite der Solarzelle befindet. Ein Nachteil dabei ist jedoch, dass die meisten Halbleiterzellen, solche energiereichen Lichtteilchen nicht ungehindert durchfliegen lassen. Bestimmte “Farbstoff-sensivierte Zellen” bieten sich hier als Lösung an. Doch auch wenn sich der Photonen-Spalter auf der Vorderseite befindet, könnte die Stromausbeute auf maximal 38,6 Prozent erhöht werden.
