Eindeutiger Quanteneffekt in Silizium-Nanokristallen gefunden

Golden, Colorado (ots/PRNewswire) -

- 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.

In einem Dokument, das am 24. Juli in der ersten Online-Version
des American Chemical Society's Nano Letters Journal (siehe
http://pubs3.acs.org/acs/journals/doilookup?in_doi=10.1021/nl071486l)
veröffentlicht wurde, 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., einem Entwickler von
Dünnschicht-Solarzellen mit Sitz in Santa Clara im US-Bundesstaat
Kalifornien, erzeugten Silikon-Nanokristalle wurden vom NREL im
Rahmen einer Zusammenarbeit von Wissenschaftlern des NRELs und
Innovalight untersucht. Dem NREL-Team gehörten Matthew C. Beard,
Kelly P. Knutsen, Joseph M. Luther, Qing Song, Wyatt Metzger, Randy
J. Ellingson und Arthur J. Nozik an.

Die Forschungsergebnisse stellen eine wichtige Erweiterung der
verfügbaren Halbleitermaterialien, die MEG aufweisen, dar und sind
eine weitere Bestätigung der Pionierarbeit von Nozik, der im Jahr
1997 vorhergesagt hatte, dass Halbleiterquantenpunkte eine effiziente
Vervielfachung von Elektronen darstellen und demzufolge die Effizienz
von Solarzellen erhöhen könnten.

Bis heute beruhten alle Versuche, die eine Erzeugung mehrerer
Elektronen je absorbiertem Photon gezeigt hatten, auf verschiedenen
Arten der optischen Spektroskopie. In einem Solarzellengerät ist es
erforderlich, die Elektronen, die in den Quantenpunkten erzeugt
werden, zu extrahieren und diese dann über einen externen Kreislauf
weiterzuleiten, um elektrische Energie zu erzeugen. Derartige
Versuche werden derzeit von NREL, Innovalight sowie anderen Labors
zur Erbringung des Nachweises durchgeführt, dass MEG tatsächlich zu
einer erweiterten Effizienz von Solarzellen führen kann. Die bei NREL
von Mark Hanna und Nozik durchgeführten Berechnungen haben gezeigt,
dass die maximale theoretische Effizienz von Quantenpunktsolarzellen
mit einer optimalen MEG bei normalem, unkonzentriertem Sonnenlicht
etwa 44% und bei durch einen Faktor von 500 mit Speziallinsen oder
Spiegeln konzentriertem Sonnenlicht 68% beträgt. Die heute
gebräuchlichen Solarzellen, die ein Elektron je Photon erzeugen,
haben unter denselben solaren Bedingungen eine maximale Effizienz von
jeweils 33% und 40%.

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.

NREL ist das wichtigste staatliche Labor zur Erforschung und
Entwicklung erneuerbarer Energien und Energieeffizienz des
US-Energieministeriums. Die Forschung von NREL wurde von den
DOE-Bereichen Office of Science (Wissenschaftssekretariat), Office of
Basic Energy Sciences (Sekretariat für fundamentale
Energiewissenschaften), Division of Chemical Sciences, Geosciences
and Biosciences (Abteilung für chemische Wissenschaften, Geo- und
Biowissenschaften) finanziert. Das NREL wird für DOE vom Midwest
Research Institute und von Battelle geleitet.

NR20-07

Weitere Informationen finden Sie auf den Internetseiten
http://www.nrel.gov und http://www.innovalight.com.

Webseite: http://innovalight.com
http://www.nrel.gov

Originaltext: U.S. DOE National Renewable Energy Laboratory; Innovalight, Inc.
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Pressekontakt:
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Energy Laboratory: +1-303-275-4096, george_douglas@nrel.gov; oder
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