Solarzellen nutzen IR-Strahlung

10. Dezember 2013, 14:36 Uhr
Solarzellen nutzen IR-Strahlung
Solarzellen nutzen IR-Strahlung

Die infrarote Wärmestrahlung der Sonne ist für Silizium-Solarzellen größtenteils verloren. Hochkonverter jedoch wandeln die Infrarotstrahlung in nutzbares Licht um. Diese Technik wird nun erstmals praktisch für die Stromerzeugung ausgenutzt.

 

Die Sonne liefert mehr als das sichtbare Licht: Während UV-Strahlung wichtig für die Vitamin-D-Produktion ist, kann man IR-Strahlung als Wärme spüren. Auch Solarzellen „sehen“ nur einen Teil des Spektrums: Siliziumzellen nutzen nur etwa 80% der solaren Lichtenergie, da sie für IR unempfindlich sind. 
Forscher des Fraunhofer-Instituts für solare Energiesysteme in Freiburg gelang in Kooperation mit der Universität Bern und der Heriot-Watt University Edinburgh die Nutzung eines Teils der IR-Strahlung bei Silizium-Solarzellen mit Hilfe eines Hochkonverters. Die Technologie ist seit den 1960er-Jahren bekannt, doch erst seit 1996 bei Solarzellen untersucht. Das Potenzial ist groß: Silizium-Solarzellen wandeln theoretisch etwa 30% des Sonnenlichts, das auf sie fällt, in elektrischen Strom um. Hochkonverter könnten diesen Anteil auf 40% erhöhen.

 

Treffen die Sonnenstrahlen auf die Solarzelle, absorbiert diese das sichtbare und das nahinfrarote Licht. Der infrarote Anteil geht durch sie hindurch. Auf der Rückseite trifft er auf den Hochkonverter, ein in Polymer eingebettetes mikrokristallines Pulver aus Natrium-Yttrium-Fluorid. Ein Teil des Yttriums wurde durch das optisch aktive Element Erbium ersetzt, welches für die Hochkonversion verantwortlich ist. IR-Licht regt die Erbium-Ionen an. Mehrere Photonen können sukzessive zu einem höheren Energiepotential führen, das schließlich bei der Rückumwandlung zu Photonen kürzerer Wellenlängen führt. Diese werden dann von der Silizium-Solarzelle genutzt. Die Rückseite darf dabei nicht mit Metall bedampft werden. Stattdessen werden diese Solarzellen mit Metallgittern auf der Vorder- wie auf der Rückseite versehen, damit das IR-Licht durch sie hindurch geht. Dadurch entsteht eine bifaciale Solarzelle. Hinzu kommen spezielle Antireflex-Beschichtungen.

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