Eindeutiger Quanteneffekt in Silizium-Nanokristallen gefunden
Quantenpunktmaterialien können die Effizienz von Silizium-Solarzellen verbessern
Wissenschaftler des staatlichen Labors für erneuerbare Energien (NREL - National Renewable Energy Laboratory) des US-Energieministeriums (DOE - Department of Energy) haben in Zusammenarbeit mit Innovalight, Inc. gezeigt, dass ein neuer und entscheidender Effekt, der als mehrfache Exzitonerzeugung (MEG - Multiple Exciton Generation) bezeichnet wird, in Silizium-Nanokristallen in effizienter Weise stattfindet. MEG führt zur Bildung von mehreren Elektronen je absorbiertem Photon.
Silizium ist das in heutigen Solarzellen überwiegend verwendete Halbleitermaterial und hat am Markt der fotovoltaischen Zellen einen Anteil von über 93%. Bis zu dieser Entdeckung wurde das Eintreten von MEG in den vergangenen beiden Jahren nur für Nanokristalle (auch Quantenpunkte genannt) von Halbleitermaterialien gemeldet, die in kommerziellen Solarzellen zur Zeit nicht eingesetzt werden und die umweltschädliche Materialien (wie Blei) enthalten. Das neue Ergebnis öffnet die Tür für eine mögliche Anwendung der MEG zu einer ausserordentlichen Steigerung der Konversionseffizienz von Silizium-Solarzellen, da mehr Sonnenenergie in Elektrizität umgewandelt wird. Das ist ein entscheidender Schritt für eine im Hinblick auf die Kosten wettbewerbsfähige Solarenergie mit konventionellen Energiequellen.
Im American Chemical Society's Nano Letters Journal berichtete ein Team von NREL, dass Silikon-Nanokristalle oder Quantenpunkte, die von Innovalight gewonnen wurden, aus einzelnen Photonen des Sonnenlichts, die Wellenlängen von weniger als 420 nm aufweisen, mehrere Elektronen erzeugen können. Wenn bei den heutigen fotovoltaischen Solarzellen ein Photon des Sonnenlichts absorbiert wird, gehen etwa 50% der anfallenden Energie als Wärme verloren. MEG bietet einen Weg, um etwas von dieser als Wärme verlorenen Energie in zusätzliche Elektrizität umzuwandeln. Die von Innovalight, Inc. erzeugten Silikon-Nanokristalle wurden vom NREL im Rahmen einer Zusammenarbeit von Wissenschaftlern des NRELs und Innovalight untersucht.
Zusätzlich zur effizienten Extrahierung der Elektronen aus den Quantenpunkten in Solarzellen zielt die zukünftige Forschung darauf, MEG bei Wellenlängen zu erzeugen, die eine grössere Überlappung mit dem Sonnenspektrum aufweisen und - bei abnehmender Wellenlänge der Photone - einen wesentlich schärferen Anfang der MEG-Prozesse herbeiführen.
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