Unsichtbarer Mantel kann die Effizienz von Solarzellen verbessern: Das Material verbirgt Kontaktfinger, die den Solarzellen Strom entziehen und die aktive Oberfläche bedecken. Messungen bestätigen den Tarneffekt | 2020

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Anonim

Die Energieeffizienz von Sonnenkollektoren muss nicht nur für die Energiewende, sondern auch für die Steigerung der Wirtschaftlichkeit erheblich verbessert werden. Derzeit auf Dächern montierte Module wandeln nur ein Fünftel des Lichts in Elektrizität um, was bedeutet, dass etwa 80% der Sonnenenergie verloren gehen. Die Gründe für diese hohen Verluste sind vielfältig. Beispielsweise wird bis zu einem Zehntel der Oberfläche von Solarzellen von sogenannten Kontaktfingern bedeckt, die den erzeugten Strom extrahieren. An den Stellen dieser Kontaktfinger kann kein Licht in den aktiven Bereich der Solarzelle gelangen, und der Wirkungsgrad der Zelle nimmt ab.

"Unsere Modellexperimente haben gezeigt, dass die Mantelschicht die Kontaktfinger nahezu unsichtbar macht", sagt Doktorand Martin Schumann vom KIT-Institut für Angewandte Physik, der die Experimente und Simulationen durchgeführt hat. Die Physiker des KIT um Projektleiter Carsten Rockstuhl haben gemeinsam mit Partnern aus Aachen, Freiburg, Halle, Jena und Jülich den am KIT entwickelten optischen Unsichtbarkeitsmantel modifiziert, um das einfallende Licht um die Kontaktfinger der Solarzelle zu leiten.

Normalerweise zielt die Unsichtbarkeitsforschung darauf ab, Objekte unsichtbar zu machen. Zu diesem Zweck wird Licht um das zu versteckende Objekt geführt. Bei diesem Forschungsprojekt ging es nicht darum, die Kontaktfinger visuell zu verbergen, sondern um das abgelenkte Licht, das dank des unsichtbaren Mantels die aktive Oberfläche der Solarzelle erreicht und somit genutzt werden kann.

Um den Tarneffekt zu erzielen, verfolgten die Wissenschaftler zwei Ansätze. Beide basieren auf dem Aufbringen einer Polymerbeschichtung auf die Solarzelle. Diese Beschichtung muss genau berechnete optische Eigenschaften aufweisen, d. H. Einen Brechungsindex, der vom Ort oder einer speziellen Oberflächenform abhängt. Das zweite Konzept ist besonders vielversprechend, da es möglicherweise kostengünstig in die Massenproduktion von Solarzellen integriert werden kann. Die Oberfläche der Mantelschicht ist entlang der Kontaktfinger gerillt. Auf diese Weise wird einfallendes Licht von den Kontaktfingern weggebrochen und erreicht schließlich die aktive Oberfläche der Solarzelle (siehe Abbildung).

Anhand eines Modellversuchs und detaillierter Simulationen zeigten die Forscher, dass beide Konzepte zum Verstecken der Kontaktfinger geeignet sind. Im nächsten Schritt ist geplant, die Deckschicht auf eine Solarzelle aufzubringen, um die Effizienzsteigerung zu bestimmen. Die Physiker sind zuversichtlich, dass der Wirkungsgrad durch den Mantel unter realen Bedingungen verbessert wird: "Wenn eine solche Beschichtung auf eine reale Solarzelle aufgebracht wird, sollen die optischen Verluste über die Kontaktfinger verringert und der Wirkungsgrad um bis zu 10 erhöht werden % ", Sagt Martin Schumann.