{"id":55933,"date":"2012-09-05T00:00:00","date_gmt":"2012-09-04T22:00:00","guid":{"rendered":"https:\/\/www.sonnenseite.com\/politik\/nature-veroeffentlichung-befasst-sich-mit-photovoltaik-energie-barriere-ueberwinden.html"},"modified":"2012-09-05T00:00:00","modified_gmt":"2012-09-04T22:00:00","slug":"nature-veroeffentlichung-befasst-sich-mit-photovoltaik-energie-barriere-ueberwinden","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.sonnenseite.com\/de\/politik\/nature-veroeffentlichung-befasst-sich-mit-photovoltaik-energie-barriere-ueberwinden\/","title":{"rendered":"Nature-Ver\u00f6ffentlichung befasst sich mit Photovoltaik – Energie-Barriere \u00fcberwinden"},"content":{"rendered":"
Wenn Solarzellen Sonnenenergie in Strom umwandeln, ist ihr Wirkungsgrad grunds\u00e4tzlich begrenzt. <\/p>\n
Um das Limit zu umgehen und mehr Leistung zu bekommen, kann man die Elektron-Loch-Paare spalten, die jedes Lichtteilchen erzeugt, das von der Sonne geschickt wird. Diesen \u201eAus eins mach zwei und mehr\u201c-Vorgang bezeichnet man in organischen Molek\u00fclen als Singulett Spaltung. Obschon seit langem bekannt, wurde er nie vollst\u00e4ndig verstanden. Ein internationales Forscherteam hat jetzt sogar gezeigt, dass die klassischen Modelle, die den Prozess beschreiben, nicht ausreichen. Experimentalphysiker Dr. Manuel Ligges von der Universit\u00e4t Duisburg-Essen (UDE), Prof. Xiaoyang Zhu und Dr. Wai-Lun Chan von der University of Texas, Austin, erkl\u00e4ren in der aktuellen Ausgabe von Nature Chemistry warum.<\/p>\n
Um es vorwegzunehmen: Die Arbeit der Wissenschaftler wird die Entwicklung der Photovoltaik nicht auf den Kopf stellen. Doch um mehr aus der konventionellen Technik herauszuholen \u2013 sie hat derzeit einen Wirkungsgrad von 20-25 Prozent \u2013, muss man nat\u00fcrlich die Mechanismen verstehen. Ligges und seine Kollegen aus Austin haben einen Schritt in diese Richtung getan.<\/p>\n
Und darum geht es genau: In einer handels\u00fcblichen Solarzelle erzeugt jedes Lichtteilchen, sprich Photon, ein Elektron-Loch Paar, welches aufbrechen kann und somit zu einem Stromfluss f\u00fchrt. Es kann aber maximal nur rund 30 Prozent der eingestrahlten Sonnenenergie umgewandelt werden. Dieses so genannte \u201eShockley-Queisser-Limit\u201c l\u00e4sst sich jedoch umgehen. Etwa so: \u201eMan erzeugt zun\u00e4chst ein Elektron-Loch-Paar hoher Energie, das dann anschlie\u00dfend in zwei oder mehrere Paare niedriger Energie zerf\u00e4llt. Man nennt sie Multi-Exzitonen und den Prozess Singulett Spaltung oder englisch: Singlet Fission\u201c, erkl\u00e4rt Manuel Ligges, der u.a. dank eines Leopoldina-Stipendiums f\u00fcr acht Monate an der University of Texas geforscht hat.<\/p>\n
\u201eDie bisher verwendeten Modelle zur Beschreibung des Prozesses gehen davon aus, dass die Spaltung entweder exothermisch oder endothermisch stattfinden\u201c, erkl\u00e4rt der 32-J\u00e4hrige weiter. \u201eDas hei\u00dft, es wird entweder Energie bei der Spaltung frei oder man muss welche hinzuf\u00fcgen, um das prim\u00e4r angeregte Elektron-Loch Paar zu teilen.\u201c<\/p>\n
Genau mit letzterem Fall haben sich die drei Wissenschaftler besch\u00e4ftigt. \u201eIn einem endothermischen Prozess m\u00fcsste die Effizienz der Spaltung sehr stark von der Temperatur abh\u00e4ngen. Ein solches Verhalten konnten wir aber nicht feststellen. Die klassischen Modelle sind somit nicht haltbar.\u201d Eine weitere Arbeit des Trios, \u00fcber die das renommierte Magazin Science bereits berichtete, st\u00fctzt diesen Befund.<\/p>\n
\u201eWir haben ein ganz anderes Verhalten beobachtet. Es l\u00e4sst darauf schlie\u00dfen, dass das prim\u00e4r angeregte Elektron-Loch Paar koh\u00e4rent an den Endzustand, also das Multi-Exziton, koppelt. Dieser Sachverhalt l\u00e4sst sich nur schwer mit einfachen Worten erkl\u00e4ren\u201d, so Ligges. \u201eEr besagt im Grunde, dass die Aufenthaltswahrscheinlichkeit der Elektronen verschwimmt. Dagegen ist man bisher davon ausgegangen, dass das Elektron von einem Zustand zum anderen \u201ah\u00fcpft\u2018, was es eben nicht macht.\u201c<\/p>\n
Was bleibt also zu tun? Will man ergr\u00fcnden, was beim Spaltungs-Prozess im Detail abl\u00e4uft, m\u00fcssen die klassischen Modelle \u00fcberarbeitet werden. Dann k\u00f6nnte in f\u00fcnf bis zehn Jahren Jahren tats\u00e4chlich die Effizienz von Solarzellen \u00fcber das konventionelle Limit von 30 Prozent gesteigert werden, prognostiziert Experimentalphysiker Ligges vorsichtig. \u201eMan muss nun von theoretischer Seite darangehen und die Erkenntnisse auch technisch umsetzen.\u201c F\u00fcr ihn sind die Arbeiten auf diesem Gebiet abgeschlossen. Er besch\u00e4ftigt sich zurzeit u.a. mit quantenphysikalischen Fragen der Nanowelt.<\/p>\n
Wai-Lun Chan, Manuel Ligges, X-Y. Zhu: The energy barrier in singlet fission can be overcome through coherent coupling and entropic gain, in: Nature Chemistry, 19. August 2012 mehr<\/a><\/p>\n