Forscher entwickeln durchbruchreiche transparente Solarzellen mit überlegener Effizienz

Neuer Ansatz: Silizium-Mikrodraht-Komposite

• Energieeffiziente transparente Solarzellen mittels Silizium-Mikrodraht-Kompositen.
• Nutzen neben absorbiertem auch reflektiertes Licht zur Stromerzeugung.

Herausforderung: Transparenz vs. Effizienz

Bei Photovoltaik: unvermeidbarer Trade-off zwischen Lichtdurchlässigkeit (sichtbare Transparenz) & Energieerzeugung (Wirkungsgrad).

Bisher: getönte transparente Zellen mit niedrigem Wirkungsgrad & bescheidener Transparenz. Nicht geeignet für Elektronik, Auto-Fenster, gebäudeintegrierte PV-Fenster.

UNIST (Ulsan National Institute of Science & Technology, Südkorea): Zylindrische Siliziumstäbe in flexiblem, transparentem Polymermatrix eingebettet.

Unterschied zu existierenden transparenten Solarzellen

Bestehende: 주로 Farbstoffe, Organika, Perowskite. Neu: Farbneutral, flexibel, basierend auf n-Silizium-Mikrodraht-Muster.

Fertigung: Deep-Reactive-Ion-Ätzen für Mikrodrähte mit kontrollierbarem Abstand. Einbetten in flexibles transparentes Polymer.

Design: Reflektiertes Licht von Siliziumstäben steuerbar für Effizienzsteigerung. Lichtdurchlässigkeit einstellbar 10–55 % via Mikrodraht-Abstände.

Funktionsweise

Jeder Siliziumstab = photoaktive Schicht: absorbiert Licht, erzeugt Strom. Stäbe in spezifischen Abständen → mit bloßem Auge unsichtbar. Zelle behält Flexibilität & Transparenz des Substrats.

Steigerung Lichtabsorption ohne Transparenzverlust: Spitzenform der Mikrodrähte dramatisch verändert. Konventionelle Zellen: Absorption, Transmission, Reflexion – aber reflektiertes Licht ungenutzt.

Neue Struktur: Reflektiertes Licht vom oberen Stab wird vom Nachbarstab absorbiert.

Ergebnis: Schrägspitzen-Mikrodrähte → 8 % Wirkungsgrad bei 10 % sichtbarer Transparenz. Höchstwert bei siliziumbasierten transparenten Zellen. Dutzende Biegetests ohne Effizienzverlust.

Anders als farbneutrale Zellen auf starrem Glas: flexibel → Anwendungen: Mobile/ Wearable Devices, gebäudeintegrierte Stromerzeugung.

Quellen: Light: Science & Applications | DOI:10.1038/s41377-019-0234-y | UNIST