Japan entwickelt Solarbatterie, die Magnetfelder „erkennt“

In Japan wurde kürzlich ein Durchbruch in der Solarzellentechnologie verkündet: Ein Prototyp kann den erzeugten Strom durch den Einfluss eines externen Magnetfelds steuern. Anstelle eines herkömmlichen p-n-Übergangs nutzt die neue Zelle den photovoltaischen Effekt in einer gestapelten Struktur aus zwei Materialien: einer zweidimensionalen Halbleiterschicht aus MoS₂ und einer magnetischen Schicht aus CrPS₄.

Illustration des magnetfeldgesteuerten Volumenphotovoltaikeffekts. Foto: Matsuda-Labor, Universität Kyoto.

Unter normalen Lichtbedingungen funktioniert die Batterie wie eine Photovoltaikzelle und wandelt Licht in Strom um. Wird ein Magnetfeld auf die Oberfläche der Batterie gelegt – beispielsweise durch Platzieren eines Magneten oder einer felderzeugenden Spule in der Nähe des Geräts –, ändert sich die Stromstärke augenblicklich: Sie nimmt zu, ab oder wird ganz unterbrochen.

Diese Funktion ermöglicht eine Echtzeitanpassung der Leistungsabgabe, ohne dass zusätzliche Steuerkomponenten wie Dioden oder Transistoren erforderlich sind.

Der Herstellungsprozess umfasst das mechanische Ablösen von MoS₂- und CrPS₄-Schichten vom Kristall. Anschließend werden die beiden Schichten mittels Trockentransferverfahren präzise in einer Van-der-Waals-Struktur zusammengesetzt. Das fertige Bauteil wird beleuchtet und seine elektrischen Eigenschaften werden unter verschiedenen Magnetfeldstärken gemessen.

Die Ergebnisse zeigen nicht nur, dass die Lichtumwandlungseffizienz höher ist als die Gleichgewichtsgrenze herkömmlicher Siliziumzellen, sondern auch, dass der Strom durch einfache Änderung des Magnetfelds flexibel gesteuert werden kann.

Der herausragende Vorteil dieser Technologie liegt in ihrer Einfachheit und Flexibilität im Design. Da keine komplexen Steuerschaltungen erforderlich sind, können die Paneele dünn, leicht und einfach gebogen werden, um auf Glasoberflächen, Dächer oder sogar Gehäuse mobiler Geräte geklebt zu werden.

Zu den potenziellen Anwendungen zählen energieautarke Sensoren, energieeffizientes Holz, intelligentes Glas mit automatischer Energieregulierung und viele Geräte des Internets der Dinge, die ultradünne Batterien benötigen.

Die Technologie zur Steuerung des Magnetfeldstroms verspricht zudem eine verbesserte Leistung bei schwachen Lichtverhältnissen oder fragmentierten Lichtverhältnissen. Die Kombination des Photovoltaikeffekts mit der Möglichkeit, Magnetfelder individuell anzupassen, eröffnet Möglichkeiten, die Leistungseinschränkungen aktueller Photovoltaikzellen zu überwinden.

Der Prototyp befindet sich noch im Laborstadium, doch seine potenziellen Anwendungen haben das Interesse vieler internationaler Forschungsinstitute und Unternehmen geweckt. Weitere Experimente konzentrieren sich auf die Optimierung der Materialien, die Erweiterung des Betriebstemperatur- und Magnetfeldbereichs mit dem Ziel einer Großserienproduktion in den nächsten fünf bis zehn Jahren.

In Vietnam, wo die Solarkapazität rasant wächst, könnte die Technologie praktische Vorteile bringen. Magnetisch gesteuerte Module lassen sich problemlos in Dächer, Fenster oder mobile Ladestationen integrieren. Muss das dezentrale Stromnetz (Smart Grid) die Energieversorgung ausgleichen, können Batterien bei Stromüberschuss automatisch abschalten oder ihre Kapazität erhöhen, um die Last bei Bedarf auszugleichen. Dies trägt dazu bei, Übertragungsverluste zu reduzieren und die Systemstabilität zu verbessern.

Magnetisch gesteuerte Batterien sind nicht nur auf zivile Anwendungen beschränkt, sondern eignen sich auch für Energieprojekte in der Forschung, für Umweltsensoren oder autonome Drohnen, die flexible Stromquellen benötigen. Die Möglichkeit, den Stromfluss mithilfe von Magnetfeldern blitzschnell ein- und auszuschalten, verspricht die Entwicklung einer Generation intelligenter „Superbatterien“, die den globalen Trends zu Ökologisierung und Digitalisierung entsprechen.

Sobald die magnetisch gesteuerte Solarzellentechnologie kommerziell verfügbar ist, wird sie einen Wendepunkt in der Branche der erneuerbaren Energien markieren: von passiven Solarmodulen hin zu „aktiven“ Energiegeräten, die mit der Umwelt interagieren. Dies ist die Voraussetzung für Smart Cities, selbstregulierende Energiegebäude und eine Reihe zukünftiger Anwendungen, die zum Aufbau eines nachhaltigen Energie-Ökosystems beitragen.

Quelle: https://khoahocdoisong.vn/nhat-ban-phat-trien-pin-nang-luong-mat-troi-nhan-dien-tu-truong-post1551512.html