Hightech-Solarzelle der Zukunft kühlt sich selbst

«Eine sorgfältig gestaltete Schicht aus Siliziumdioxid verbessert die Strahlung bei vorbestimmten thermischen Wellenlängen, um die Wärme der Solarzelle effektiver abzuleiten», erklärt Elktrotechnik-Professor Shanhui Fan.

Überhitzung kostet Energie

Durch eine kegelförmig strukturierte Schicht aus Siliziumdioxid können sich Solarzellen in Zukunft selbst kühlen. Fan hat eine Struktur entwickelt, die unerwünschter Wärmeeinstrahlung standhält. «Die Solarindustrie investiert viel Geld, um die Effizienz von Solarzellen zu verbessern. Dies können wir durch eine sorgfältige Änderung der Zellschichten erzielen, was folglich unser Design besonders relevant für die Solarforschung macht», unterstreicht der mitwirkende Physiker Linxiao Zhu.

Solarzellen gehören zu den vielversprechendsten und weitverbreitetsten Technologien erneuerbarer Energien.




Sie sind gut verfügbar und auch leicht herzustellen. Dennoch konnten die bisher effizientesten Designs nur einen Bruchteil der Sonnen-Energie in nutzbare Elektrizität umwandeln. Unter normalen Bedingungen wird eine Solarzelle bei diesem Prozess leicht bis über 130 Grad Celsius erhitzt. Diese Überhitzung kann die Lebensdauer einer Solarzelle deutlich verkürzen. Aktive Kühlung durch Ventilation oder Kühlmittel sind hingegen überaus teuer.

Pyramiden für mehr Leistung

Durch die Einbettung winziger Pyramiden und kegelförmiger Strukturen auf einer dünnen Schicht aus Siliziumdioxid fanden die Forscher einen Weg, unerwünschte Wärme von der Zelloberfläche durch die Atmosphäre und wieder zurück in den Raum zu leiten. «Unser neuer Ansatz kann die Betriebstemperatur von Solarzellen senken, die Energiekonversionseffizienz erheblich verbessern und die Lebenserwartung der Solarzellen erhöhen», erklärt Stanford-Physiker Linxiao Zhu.