Innovation in der Solarenergie: Knuppel auf Solarzellen steigern Effizienz um 66%

Traditionell sind Solarzellen flach, um die Oberfläche zu maximieren, die zu jeder Zeit dem Sonnenlicht ausgesetzt ist. Dieses Design funktioniert am besten, wenn die Sonne in einem bestimmten Winkel steht, daher sind die Paneele normalerweise zwischen 15 und 40 Grad geneigt, um das Beste aus dem Tag herauszuholen.

Forscher haben bereits mit anderen Formen für die Oberfläche experimentiert, darunter die Einbettung von kugelförmigen Nanoschalen aus Silika, die das Licht einfangen und zirkulieren, um dem Gerät zu ermöglichen, mehr Energie daraus zu gewinnen. Für die neue Studie führten Wissenschaftler an der Abdullah Gül University in Türkei komplexe Simulationen durch, um herauszufinden, wie kuppelförmige Erhebungen die organischen Solaroberflächen verbessern könnten.

Das Team untersuchte photovoltaische Zellen, die mit einem organischen Polymer namens P3HT:ICBA als aktive Schicht hergestellt wurden, über einer Schicht aus Aluminium und einem Substrat aus PMMA, abgedeckt mit einer transparenten Schutzschicht aus Indiumzinnoxid (ITO). Diese Sandwichstruktur wurde über die gesamte Kuppel gehalten, oder "halbkugelförmige Schale", wie das Team sie nennt.

Die Forscher führten eine sogenannte 3D Finite-Elemente-Analyse (FEA) durch - dabei werden die Elemente eines komplexen Systems in überschaubare Teile zerlegt um sie besser simulieren und analysieren zu können.

Im Vergleich zu flachen Oberflächen zeigten Solarzellen mit Erhebungen eine Verbesserung der Lichtabsorption (je nach Polarisation des Lichts) um 36% und 66%. Diese Erhebungen ermöglichten es auch mehr Licht aus einem breiteren Bereich von Richtungen einzufangen als bei einer flachen Oberfläche. So konnte ein Winkelbereich von bis zu 82 Grad abgedeckt werden.

Obwohl das Team bisher noch keine physischen Versionen dieser Solarzellen gebaut hat, könnte das Prinzip, wenn es funktioniert, nicht nur für Solaranlagen auf Dächern nützlich sein, sondern auch in Systemen mit wechselnden Lichtbedingungen, wie z.B. tragbare Elektronikgeräte.

"Mit den verbesserten Absorptions- und Omnidirektionalitätseigenschaften werden die vorgeschlagenen halbkugelschalenförmigen aktiven Schichten in verschiedenen Anwendungsbereichen von organischen Solarzellen nützlich sein, z.B. in medizinischen Geräten sowie Anwendungen wie stromerzeugenden Fenstern, Gewächshäusern, dem Internet der Dinge und so weiter", sagte Professor Dooyoung Hah, Autor der Studie.

DOI: https://doi.org/10.1117/1.JPE.14.018501