Neue Technik soll Solarzellen konkurrenzfähig machen

Alternative Energien

Da Solarzellen aus äußerst reinem und damit in der Produktion teurem Silizium bestehen, kann Solarstrom bisher wirtschaftlich noch nicht mit konventionellen Energiearten konkurrieren. Wissenschaftler der University of California/Santa Barbara haben jetzt eine laut eigenen Angaben kostengünstige Alternative zu herkömmlichen Solarzellen entwickelt. Der Trick: Die Aufgaben des Siliziums in der Solarzelle wurden auf ein mehrschichtiges Material verteilt. Bislang betrage die Effizienz, mit der das vielschichtige Material Sonnenlicht in elektrischen Strom umwandele, allerdings weniger als ein Prozent. Im Vergleich dazu erreichen Silizium-Solarzellen rund 15 Prozent. Die Forscher rechnen jedoch damit, dass durch eine Vergrößerung der Oberfläche die Effizienz gesteigert werden kann.

Die Entwickler der neuen Technologie um Eric McFarland verteilten die Arbeiten des Siliziums und bauten ein "Sandwich". Sie verwendeten eine dünne mit lichtabsorbierenden Farbmolekülen beschichtete Goldschicht und setzten darunter eine Lage mit dem billigen und halbleitenden Titandioxid. Den Abschluss bildete eine Schicht aus Titan.

Dem Halbleiter Silizium kommen in der konventionellen Solarzelle mehrere Aufgaben zu. Zunächst absorbiert es die Photonen des Sonnenlichts und nutzt die Energie der Photonen, um Elektronen aus atomaren Bindungen herauszuschlagen. Die Elektronen werden negativ geladen, zurück bleiben positiv geladene "Löcher", die den Strom leiten. Um einen Stromfluss zu garantieren, müssen Elektronen und Löcher getrennt bleiben. Darüber hinaus müssen die geladenen Komponenten zu den äußeren Kontakten der Solarzelle transportiert werden.

Den Vorteil der neuen Methode erklären die Forscher im Fachblatt Nature. Einige Elektronen würden spontan aus dem Titandioxid in die Goldschicht fließen. Es resultiere ein elektrisches Feld, das für die Elektronen eine Barriere bilde. Dennoch könnten Elektronen, die von den Photonen des Sonnenlichts aus der äußeren Farbschicht aus den atomaren Bindungen herausgeschlagen werden, die Barriere überwinden. Das Zurückfließen der herausgeschlagenen Elektronen und somit das Zusammentreffen mit den Löchern werde aber durch die Barriere verhindert. Somit könnetn die Elektronen nur zum Titankontakt wandern. Würden Goldschicht und Titanschicht durch ein äußeres Kabel verbunden, fließe Strom. Die Löcher spielten - anders als bei den Silizium-Solarzellen - keine Rolle mehr.