Forschung: Hochkonverter zur Nutzung der Wärmestrahlung vom Fraunhofer ISE entwickelt

November 7th, 2013

Solarzellen wandeln das eintreffende Licht in Strom um – soweit so gut, doch nicht das gesamte Licht kann zur Stromerzeugung genutzt werden. Die eintreffende Wärmestrahlung der Sonne geht hier komplett verloren, da sie nicht umgewandelt werden kann. Um diese Infrarotstrahlung zukünftig ebenfalls nutzen zu können, entwickelt das Fraunhofer ISE zusammen mit der Heriot-Watt University Edinburgh und der Universität Bern einen Hochkonverter. Dieser wandelt die eintreffende Strahlung in eine nutzbare Form um und steigert damit auch den Wirkungsgrad der Solarzellen.

Technischer Hintergrund

Aktuell können etwa 20% des eintreffenden Lichtes nicht genutzt werden, da die eintreffenden Photonen unterhalb der Bandlücke des Siliciums in den Solarzellen liegen. Dadurch kann diese Strahlung die Solarzellen ungenutzt passieren und geht der Stromerzeugung verloren. Um diese eintreffende Strahlung dennoch nutzen zu können, müssen verschiedene der “kleinen” Protonen in ein größeres umgewandelt werden, welches oberhalb der Bandlücke des Siliciums liegt. Die Technologie zur Umwandlung ist bereits seit den 60er Jahren bekannt, aber erst seit 1996 wird sie auch im Zusammenhang mit Solarzellen untersicht.

Steigerung des Wikungsgrades mittels Hochkonverter

Der Gedanke des Hochkonverters ist gut. In ersten Praxistests zeigte sich bereits ein gesteigerter Wirkungsgrad der betrachteten Solarzellen. Bisher wandeln Solarzellen theoretisch betrachtet rund 30% des einfallenden Lichtes in nutzbare Energie um. Durch die Verwendung eines Hochkonverters kann dieser Wert auf bis zu 40% erhöht werden, was einer deutlichen Steigerung des Wirkungsgrades gleichkommt.

So funktioniert die Solarzelle mit Hochkonverter

Zweiseitige Silicium-Solarzelle mit Hochkonverter
Quelle: Fraunhofer ISE

Sobald Sonnenstrahlen auf die Solarzelle treffen absorbiert diese sichtbares und nahinfrarotes Licht. Die Wärmestrahlung (Infrarotlicht) geht durch die Solarzelle hindurch und trifft auf deren Rückseite auf den Hochkonverter. Dieser besteht im Wesentlichen aus einem in einem Polymer eingebetteten mikrokristallinen Pulver (Natrium-Yttrium-Fluorid), wobei das Yttrium teilweise durch Erbium ersetzt wurde. Dieses sorgt letztlich für die Hochkonversion der eintreffenden Photonen.

Damit diese Technik jedoch funktioniert mussten auch die Solarzellen verändert werden. Bisher sind diese auf der Rückseite mit Metall bedampft, sodass das ungenutzte Licht nicht einfach austreten konnte. Um hier einen Durchgang zu ermöglichen haben sich die Forscher für die Nutzung eines Metallgitters auf beiden Seiten der Solarzelle entschieden. Dadurch lassen sich die Solarzellen auch gleich beidseitig nutzen wobei jede Seite mit einer speziellen Antireflex-Beschichtung versehen ist um möglichst viel Liecht aufnehmen zu können. Neu ist hierbei definitiv die Optimierung der Rückseite der Solarzelle, deren Nutzung die Effizenz der Zellen weiter verbessern kann.


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Kommentare

1 Kommentar to “Forschung: Hochkonverter zur Nutzung der Wärmestrahlung vom Fraunhofer ISE entwickelt”

  1. energie-experten.org Says:

    Interessante Technik! Wir haben natürlich auch gleich berichtet: http://www.energie-experten.org/experte/meldung-anzeigen/news/hochkonverter-machen-infrarotstrahlung-fuer-solarzellen-nutzbar-4286.html

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