Die Reihen blauer Solarmodule, die Landschaften und Dächer punktieren, bestehen typischerweise aus kristallinem Silizium, das Arbeitspferd in praktisch jedem Elektronikgerät.
In der Solartechnik könnte Kadmiumtellurid das Silizium ablösen.
In den letzten zehn Jahren haben Forscher der Colorado State University (CSU) bahnbrechende Studien zur Verbesserung der Leistung und der Kosten der Solarenergie durchgeführt, indem sie neue Materialien herstellten und testeten, die über die Fähigkeiten von Silizium hinausgehen. Sie haben sich dabei auf ein Material konzentriert, das vielversprechend ist, Silizium zu ersetzen: Kadmiumtellurid.
In Zusammenarbeit mit Kollegen der Loughborough University in Großbritannien haben Forscher des „Next Generation Photovoltaics Center“ der CSU einen entscheidenden Durchbruch erzielt, wie die Leistung von Kadmiumtellurid-Dünnfilmsolarzellen durch den Zusatz von Selen weiter verbessert werden kann.
Die Forschungsergebnisse wurden in der Zeitschrift „Nature Energy“ veröffentlicht.
„Unser Bericht geht bis zum grundlegenden Verständnis dessen, was passiert, wenn wir Selen zum Kadmiumtellurid legieren“, sagte Kurt Barth, Direktor des „Next Generation Photovoltaics Center“ und außerordentlicher Forschungsprofessor im „Department of Mechanical Engineering“.
Bislang war nicht klar, warum die Zugabe von Selen einen rekordverdächtigen Kadmiumtellurid-Solarzellenwirkungsgrad von gut 22 Prozent erreicht hat.
Zusammen mit den CSU-Mitarbeitern W.S. Sampath und Amit Munshi haben Barth und ein internationales Team dieses Geheimnis gelöst. Ihre Experimente zeigten, dass Selen die Auswirkungen von atomaren Defekten in Kadmiumtellurid-Kristallen überwindet und somit einen neuen Weg für weitverbreiteten, kostengünstigeren Solarstrom eröffnet.
Die Kadmiumtellurid-Dünnfilme, die das CSU-Team im Labor herstellte, verbrauchen 100-mal weniger Material als herkömmliche Silizium-Solarzellen.
Sie sind daher leichter herzustellen und absorbieren das Sonnenlicht bei nahezu idealer Wellenlänge. Der mit Kadmiumtellurid-Fotovoltaikzellen erzeugte Strom ist der kostengünstigste in der Solarindustrie und unterbietet in vielen Weltregionen fossile Energieträger.
Dem Bericht zufolge ist es für Elektronen, die erzeugt werden, wenn also Sonnenlicht auf das selenbehandelte Solarmodul trifft, weniger wahrscheinlich, dass sie in den Defekten des Materials eingeschlossen und verloren gehen.
Diese Defekte entstehen während des Züchtens an den Grenzen zwischen den Kristallkörnern. Dadurch wird die aus jeder Solarzelle gewonnene Energiemenge erhöht.
Bei der Arbeit mit den Materialien, die an der CSU mit fortschrittlichen Depositionsmethoden hergestellt wurden, entdeckte das Team dieses unerwartete Verhalten, als es registrierte, wie viel Licht von selenhaltigen Solarmodulen abgegeben wird.
Da Selen nicht gleichmäßig über die Module verteilt ist, verglichen sie die Lumineszenz, die von Bereichen, die wenig oder gar kein Selen aufwiesen, mit Bereichen, in denen das Selen sehr konzentriert war.
„Gutes und fehlerfreies Solarzellenmaterial ist sehr effizient bei der Lichtemission und damit bei der Lumineszenz“, sagte Tom Fiducia, Hauptautor des Forschungsberichtes und Doktorand an der University of Loughborough – in Zusammenarbeit mit Professor Michael Walls.
„Es ist auffallend klar, wenn man anhand der Daten sieht, dass selenreiche Regionen viel heller leuchten als das reine Kadmiumtellurid. Die Wirkung ist bemerkenswert stark.“
Seit 2009 unterstützt die National Science Foundation die Arbeit des „Next Generation Photovoltaics Center“.
Quelle: Elektronik-Informationen
