{"id":117630,"date":"2026-09-24T11:56:00","date_gmt":"2026-09-24T09:56:00","guid":{"rendered":"https:\/\/www.sonnenseite.com\/?p=117630"},"modified":"2026-09-24T12:32:00","modified_gmt":"2026-09-24T10:32:00","slug":"die-nutzung-heisser-elektronen-koennte-die-grenze-bei-solarmodulen-durchbrechen","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.sonnenseite.com\/de\/wissenschaft\/die-nutzung-heisser-elektronen-koennte-die-grenze-bei-solarmodulen-durchbrechen\/","title":{"rendered":"Die Nutzung \u201ehei\u00dfer Elektronen\u201c k\u00f6nnte die Grenze bei Solarmodulen durchbrechen"},"content":{"rendered":"\n

Die Nutzung \u201ehei\u00dfer Elektronen\u201c k\u00f6nnte die Grenze f\u00fcr eine neue Generation von Solarzellen ebnen.<\/p>\n\n\n\n

Die Physik sagt voraus, dass nicht mehr als 33 Prozent der auf ein Solarmodul fallenden Sonnenenergie in Strom umgewandelt werden k\u00f6nnen. Experimente und Simulationen von Wissenschaftlern der Universit\u00e4t Groningen (Niederlande) haben jedoch einen Weg aufgezeigt, zus\u00e4tzliche Energie aus \u201ehei\u00dfen Elektronen\u201c zu gewinnen, wodurch diese Grenze durchbrochen werden k\u00f6nnte.<\/p>\n\n\n

\n
\"\"<\/a>
Die Reabsorption verlorener W\u00e4rme (hei\u00dfer Phononen-Engpass) und besetzte Energieniveaus (Bandf\u00fcllung) verlangsamen den Energieverlust der hei\u00dfen Elektronen. | Bild: ACS Energy Letters<\/figcaption><\/figure>\n<\/div>\n\n\n

Wenn Licht auf ein Solarmodul f\u00e4llt, versetzt die Energie der Photonen Elektronen im Material der Solarzelle in einen angeregten Zustand und \u00fcbertr\u00e4gt so Energie auf sie. Durch diese Reaktion kann ein Elektron aus dem Material der Solarzelle freigesetzt und eine Spannung erzeugt werden.<\/p>\n\n\n\n

Sehr energiereiche Photonen verleihen den Elektronen jedoch zus\u00e4tzliche Energie, wodurch \u201ehei\u00dfe Elektronen\u201c entstehen. Theoretisch k\u00f6nnte die zus\u00e4tzliche Energie, die diese hei\u00dfen Elektronen tragen, die Spannung erh\u00f6hen. In der Praxis geht die zus\u00e4tzliche Energie jedoch innerhalb von Pikosekunden (0,000000000001 Sekunde) als W\u00e4rme verloren. \u201eDas bedeutet, dass die Energie verloren geht, bevor das hei\u00dfe Elektron das Solarzellenmaterial verl\u00e4sst\u201c, sagt Jan Anton Koster, Professor f\u00fcr Physik neuartiger Halbleiter und Bauelemente an der Universit\u00e4t Groningen.<\/p>\n\n\n\n

Skepsis gegen\u00fcber den Behauptungen<\/h4>\n\n\n\n

In einem experimentellen Aufbau gelang es jedoch seiner Kollegin Maria Antonietta Loi, Professorin f\u00fcr Photophysik und Optoelektronik, eine Verz\u00f6gerung des W\u00e4rmeverlusts durch hei\u00dfe Elektronen zu erzielen. Sie entwickelte ein Solarzellenmaterial namens Perowskit auf Zinnbasis und beobachtete, dass sich der Verlust der \u00fcbersch\u00fcssigen Energie auf Nanosekunden verlangsamte \u2013 um etwa den Faktor 1.000. \u201eDie Messungen waren eindeutig, aber wir verstanden die dahinterstehende Physik nicht\u201c, sagt Koster. Dies f\u00fchrte dazu, dass andere Fachleute diese Behauptung in Frage stellten. \u201eWir begannen sogar selbst, an den Messungen zu zweifeln\u201c, gibt er zu.<\/p>\n\n\n\n

Um dieses R\u00e4tsel zu l\u00f6sen, untersuchten Koster und sein Doktorand Tim Faber mithilfe von Simulationen die Physik dieses Energieverlusts. Sie fanden heraus, dass in Perowskit-Solarzellen zwei verschiedene Mechanismen zusammenwirken, um die Zeit zu verl\u00e4ngern, die hei\u00dfe Elektronen ben\u00f6tigen, um die \u00fcbersch\u00fcssige Energie abzugeben.<\/p>\n\n\n\n

Nanosekundenbereich<\/h4>\n\n\n\n

Wenn Energie als W\u00e4rme verloren geht, erw\u00e4rmt sich die Umgebung der Elektronen. Koster und Faber erkannten, dass diese verbleibende W\u00e4rme von den Elektronen wieder aufgenommen werden kann. \u201eAls wir diesen bekannten Prozess, den sogenannten \u201aHot-Phonon-Bottleneck\u2018, in die Simulationen einbezogen, verlangsamte er den Energieverlust, jedoch nicht ausreichend, um unsere Messungen zu erkl\u00e4ren.\u201c Daher musste ein zweiter Mechanismus in die Simulation einbezogen werden.<\/p>\n\n\n\n

Die zus\u00e4tzliche Energie hei\u00dfer Elektronen kann sie in eine Reihe von angeregten Zust\u00e4nden versetzen. Energieverlust bedeutet, dass der angeregte Zustand in diskreten Schritten auf ein niedrigeres Energieniveau herabgestuft wird. Sind jedoch die verschiedenen Schritte in diesem Prozess bereits besetzt, ist der Weg hinunter zum niedrigsten Energieniveau schwieriger und dauert l\u00e4nger. Dies wird als Burstein-Moss-Effekt bezeichnet. Koster: \u201eAls wir diesen Prozess ebenfalls in die Simulation einbezogen, stellten wir fest, dass der Energieverlust nun im Nanosekundenbereich lag, wie es auch in den Experimenten von Maria Loi zu beobachten war.\u201c<\/p>\n\n\n\n

Da beide Prozesse in Perowskit-Solarzellen auf Zinnbasis ablaufen, konnten Koster und sein Team schlie\u00dflich verstehen, warum der Energieverlust der hei\u00dfen Elektronen verlangsamt wurde. Es gibt noch viele weitere Fragen, die einer Antwort bed\u00fcrfen, doch theoretisch k\u00f6nnte diese Entdeckung die Entwicklung effizienterer Solarzellen erm\u00f6glichen, die \u00fcber die theoretische Grenze von 33 Prozent hinausgehen.<\/p>\n\n\n\n