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Forschergruppe am MIT stellt Zwischenergebnisse vor

Konzept für PV-Zelle soll Wärme nutzbar machen

28.01.2014, 08:40

PV-Zelle
MIT-Forscher stellen Konzept zur Nutzung von Hitze zur Erhöhung von PV-Erträgen vor. © MIT

Am MIT haben Forscher ein Verfahren entwickelt, mit dem sich mehr Licht zur Gewinnung von Solarstrom nutzen lässt. Sonnenlicht erhitzt dabei spezielle Materialien. Deren Infrarotstrahlen sollen dann durch normale PV-Zellen genutzt werden. Der dahinterliegende Prozess wird in einem Papier im Journal Nature Nanotechnology beschrieben. Autoren sind unter anderem Andrej Lenert, Evelyn Wang, Marin Soljacic und Scientist Ivan Celanovic.

Eine konventionelle siliziumbasierte Solarzelle "nutzt nicht alle Photonen aus", erklärt Wang. Das Energieniveau eines Photons, dessen Energie in Elektrizität umgewandelt werden solle, müsse der sogenannten Bandlücke des fotovoltaischen Materials entsprechen. Die Bandlücke entspricht der Energie, die ein Lichtstrahl mitbringen muss, um die Elektronen zum Stromfluss anzuregen. Die Bandlücke von Silizium spricht auf viele Wellenlängen des Lichts an, aber viele gehen auch verloren.

Um diese Beschränkung zu vermeiden, hat das Forscherteam einen aus zwei Schichten bestehenden Absorber-Emitter aus neuartigen Materialien wie Nanoröhrchen aus Kohlenstoff und photonischen Kristallen zwischen Sonnenlicht und PV-Zelle angebracht. Wenn diese Zwischenschicht heiß wird und zu glühen beginnt sendet sie Licht aus, das so eingestellt wird, dass es zur Bandlücke der PV-Zelle passt.

Am grundlegenden Konzept dazu wird seit Jahren geforscht, bislang waren die Lösungen nicht effizient genug. Bei einer Effizienz von 20 Prozent lasse sich ein kommerzielles Produkt entwickeln, so die Forscher. Derzeit sind sie bei 3,2 Prozent.

Weitere Verbesserungen sind vor allem an dem zweischichtigen Absorber-Emitter möglich, so die Forscher. Bislang sind sie noch darauf angewiesen, dass das Sonnenlicht stark konzentriert wird. Je weniger dies der Fall sein muss, desto einfacher sind die Systeme zu bedienen. Bislang kämpfen sie bei den kleinen Labormustern auch noch mit einem ungünstigen Verhältnis von Volumen zu Oberfläche. Je größer die Oberfläche im Vergleich zum Volumen, desto höher die Hitzeverluste. Quelle: MIT / pgl

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