Das Problem bei Silizium-Solarzellen ist, dass sie zwar auf viele Wellenlängen reagieren, aber auf einige eben nicht. „Die Umwandlung der Energie eines Photons in Strom setzt voraus, dass sein Energieniveau zu charakteristischen Eigenschaften des photovoltaischen Materials passt”, erklärt Wang. Das Konzept der Forscher umgeht dieses Problem: Ihr Bauteil besteht aus einer Absorber- und Emitter-Schicht, die zwischen dem Sonnenlicht und der Photovoltaik-Zelle sitzt. Dieses Zwischenelement sammelt Energie aus einem breiten Spektrum des Sonnenlichts und heizt sich dabei enorm auf. Dadurch beginnt es zu leuchten wie ein glühendes Stück Eisen. Diese Strahlung kann dann eine nahe Photozelle in Strom verwandeln.
Nanaotechnologie zapft die Sonne an
Die speziellen Eigenschaften des Absorber-Emitter-Materials sind der Schlüssel zum Erfolg ihres Konzepts, betonen die Forscher. Bei der dem Licht zugewandten Lage handelt es sich um eine Schicht aus mehrwandigen Kohlenstoff -Nanoröhren, die sehr effektiv Licht in Wärme umwandeln. Diese Absorber-Komponente ist eng mit einer darunterliegenden Schicht aus photonischen Kristallen verbunden. Durch die übertragene Hitze beginnen sie in einem Spektralbereich zu leuchten, der genau zum Optimum der Photozelle passt, damit sie möglichst viel der Strahlung in Strom umwandeln kann.
Momentan optimieren die Forscher ihre Methode weiter, um den Wirkungsgrad zu erhöhen. Bisher erreichen sie mit ihrem Versuchs-Prototypen zwar nur etwas über drei Prozent Ausbeute, sehen aber großes Ausbaupotenzial: Sie glauben mit größeren Anlagen 20 Prozent erreichen zu können. Damit würde das Konzept eine Alternative zu konventionellen Solaranlagen darstellen. „Auch wenn mit der Technik nur vergleichbare Ergebnisse wie mit herkömmlichen Solarzellen erreicht werden können – bietet sie vielleicht noch einen wichtigen Vorteil: Die entstehende Wärmeenergie könnte gezielt gespeichert werden, um sie erst später in Strom umzusetzen”, sagt Co-Autor Andreij Lenert. Denn bisher hat die Nutzung von elektrischer Energie immer noch einen großen Haken: Sie lässt sich nur sehr ineffektiv speichern.
