Steigerung der Solarzelleneffizienz um mehr als 10 % dank Nanotechnologie

Ein Forschungsteam hat die Nanostruktur von Solarzellen verbessert und so die Effizienz um mehr als 10 % gesteigert. Dies eröffnet neue Anwendungsmöglichkeiten für saubere Energietechnologien.

Ein Forschungsteam des Hepei Institute of Physical Sciences der Chinesischen Akademie der Wissenschaften hat gerade eine neue Methode angekündigt, mit der sich die Effizienz von Solarzellen durch Optimierung der Nanostruktur von Photovoltaikmaterialien um mehr als 10 % steigern lässt.

In der Studie entwickelten Wissenschaftler erfolgreich eine Technik, um den Abstand zwischen Titandioxid-Nanostäben (TiO₂) anzupassen, ohne ihre individuelle Größe zu verändern. Diese einkristallinen Nanostäbe sind für ihre Lichtabsorption und elektrische Leitfähigkeit bekannt und werden häufig in Solarzellen, Sensoren und Photokatalysatoren eingesetzt.

Die Nanostabstruktur aus Titandioxid mit einstellbarem Abstand verbessert die Lichteinfangfähigkeit und verbessert die Energieumwandlungseffizienz in Solarzellen.

Ein bisheriges technisches Problem bestand darin, dass die Anpassung der Nanostäbchendichte oft gleichzeitige Änderungen von Höhe und Durchmesser mit sich brachte, was die Leistung des Geräts beeinträchtigte. Um dieses Problem zu lösen, verlängerte das Team die Hydrolysephase während der Bildung des Vorläuferfilms. Die Verlängerung dieser Phase führte zur Bildung längerer Gelketten und damit zu kleineren Anataspartikeln. Bei der hydrothermischen Behandlung des Anatasfilms wandelten sich diese Partikel in situ in Rutil um, das als Keim für das Wachstum der Nanostäbchen diente.

Auf diese Weise erzeugte das Team TiO₂-Filme mit konstantem Nanostäbchendurchmesser und -höhe bei gleichzeitig kontrollierter Verteilungsdichte. Durch die Integration dieser Filme in CuInS₂-Solarzellen (bei niedrigen Temperaturen verarbeitet) wurde ein Wirkungsgrad von bis zu 10,44 % erreicht.

Zur Erklärung des Wirkmechanismus schlugen die Autoren ein „Volumen-Oberflächen-Dichte-Modell“ vor, das den Zusammenhang zwischen der Dichte der Nanostäbe und der Fähigkeit zur Lichtabsorption, Stromtrennung und Ladungsträgerrückgewinnung analysiert. Dieses Modell zeigt, dass die Anpassung des Abstands zwischen den Nanosäulen nicht nur die Optik beeinflusst, sondern auch dazu beiträgt, Energieverluste zu reduzieren, die Fähigkeit zur Ladungsaufnahme zu erhöhen und so die Gesamtleistung des Geräts zu verbessern.

Neben Anwendungen in Solarzellen eröffnet die Technik auch Perspektiven in der Optoelektronik und Katalyse, wo Nanostrukturen eine entscheidende Rolle für die Leistung spielen. Durch die Kontrolle des Strukturbildungsprozesses auf mikroskopischer Ebene leistet die neue Methode einen wichtigen Beitrag zur Entwicklung von Hochleistungsmaterialien, ohne dass teure oder komplexe Fertigungstechnologien erforderlich sind.

Diese Studie bietet nicht nur eine Lösung zur Verbesserung von Solarzellen, sondern präsentiert auch ein komplettes System, das Herstellungsbedingungen, Mikrostrukturbildungsprozess und Geräteleistungsoptimierung miteinander verbindet und damit einen bedeutenden Beitrag zur zukünftigen sauberen Energietechnologie leistet.

Quelle: https://khoahocdoisong.vn/tang-hieu-suat-pin-mat-troi-len-hon-10-nho-cong-nghe-nano-post1555380.html