{"id":61815,"date":"2020-08-20T10:48:57","date_gmt":"2020-08-20T08:48:57","guid":{"rendered":"https:\/\/www.sonnenseite.com\/?p=61815"},"modified":"2020-08-29T08:09:07","modified_gmt":"2020-08-29T06:09:07","slug":"fenster-solarzellen-erreichen-11-wirkungsgrad","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.sonnenseite.com\/de\/wissenschaft\/fenster-solarzellen-erreichen-11-wirkungsgrad\/","title":{"rendered":"Fenster-Solarzellen erreichen 11% Wirkungsgrad"},"content":{"rendered":"\n

Transparente Sonnenkollektoren an Fenstern k\u00f6nnten den Strombedarf eines Geb\u00e4udes senken<\/p>\n\n\n\n

Ein chinesisch-amerikanisches Forschungsteam hat nun funktionale, knapp 50% transparente Photovoltaik-Zellen entwickelt \u2013 berichtet die Universit\u00e4t von Michigan am 17.08.2020 in einer Medienmitteilung<\/a>. Die Forschenden stellten einen neuen Effizienzrekord f\u00fcr farbneutrale, transparente Solarzellen auf und sind damit Wolkenkratzern als Stromquelle einen Schritt n\u00e4her gekommen.<\/p>\n\n\n\n

Das Team erreichte 8,1 % Effizienz und 43,3 % Transparenz mit einem organischen oder kohlenstoffbasierten Design anstelle von konventionellem Silizium. Die Zellen weisen zwar einen leichten Gr\u00fcnstich auf, \u00e4hneln aber viel mehr dem Grau von Sonnenbrillen und Autofenstern. \u201cFenster, die sich auf der Vorderseite jedes Geb\u00e4udes befinden, sind ein idealer Standort f\u00fcr organische Solarzellen, weil sie etwas bieten, was Silizium nicht bieten kann, n\u00e4mlich eine Kombination aus sehr hohem Wirkungsgrad und sehr hoher sichtbarer Transparenz\u201d, so die Professoren Stephen Forrest und Paul G. Goebel.<\/p>\n\n\n\n

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Aus den USA kamen bereits 2016 von der gleichen Universit\u00e4t Meldungen \u00fcber transparente Solarzellen, erstmals \u201cv\u00f6llig\u201d transparent: Hatten bereits im Juli 2012 entsprechende Mitteilungen kursiert \u2013 damals nutzten Forscher an der Universit\u00e4t von Kalifornien in Los Angeles (UCLA)<\/a> den Infrarot-Teil des Lichts zur Stromproduktion \u2013 haben jetzt ihre Kollegen an der Michigan State University (MSU)<\/a> in East Lancing ein weiteres Konzept f\u00fcr transparente Solarzellen vorgestellt, das Transparent Luminescent Solar Concentrator Module<\/em><\/a>.(siehe: solarify.eu\/voellig-transparente-solarzellen<\/a>)<\/p>\n\n\n\n

Geb\u00e4ude mit Glasfassaden sind \u00fcblicherweise mit einer Beschichtung versehen, die einen Teil des Lichts, sowohl im sichtbaren als auch im infraroten Bereich des Spektrums, reflektiert und absorbiert, um die Helligkeit und die Erw\u00e4rmung im Geb\u00e4udeinneren zu reduzieren. Anstatt diese Energie wegzuwerfen, k\u00f6nnten transparente Sonnenkollektoren sie nutzen, um einen Teil des Strombedarfs des Geb\u00e4udes zu decken. Die Transparenz einiger bestehender Fenster \u00e4hnelt der Transparenz der Solarzellen, \u00fcber die Forrests Team<\/a> in der Zeitschrift Proceedings of the National Academy of Sciences berichtet.<\/em><\/a><\/p>\n\n\n\n

\u201cDas neue Material, das wir entwickelten, und die Struktur des von uns gebauten Ger\u00e4ts mussten mehrere Kompromisse ausgleichen, um gleichzeitig eine gute Sonnenlichtabsorption, hohe Spannung, hohen Strom, niedrigen Widerstand und farbneutrale Transparenz zu gew\u00e4hrleisten\u201d, sagte Yongxi Li, Assistent in der Abteilung  Elektrotechnik und Informatik.<\/p>\n\n\n\n

Das neue Material ist eine Kombination aus organischen Molek\u00fclen, die so entwickelt wurden, dass sie im sichtbaren Bereich transparent sind und im nahen Infrarot absorbieren, einem unsichtbaren Teil des Spektrums, der einen Gro\u00dfteil der Energie des Sonnenlichts ausmacht. Dar\u00fcber hinaus entwickelten die Forscher optische Beschichtungen, um sowohl die aus Infrarotlicht erzeugte Energie als auch die Transparenz im sichtbaren Bereich zu erh\u00f6hen \u2013 zwei Qualit\u00e4ten, die normalerweise miteinander konkurrieren.<\/p>\n\n\n\n

Die farbneutrale Version des Ger\u00e4ts wurde mit einer Indium-Zinnoxid-Elektrode hergestellt. Eine Silberelektrode verbesserte den Wirkungsgrad auf 10,8%, bei 45,8% Transparenz.<\/strong> Der leicht gr\u00fcnliche Farbton dieser Version ist jedoch bei einigen Fensteranwendungen m\u00f6glicherweise nicht akzeptabel.<\/p>\n\n\n\n

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\u00a9 news.engin.umich.edu | Gerstacker Grove an der Universit\u00e4t von Michigan. Links die Ansicht durch das farbneutrale transparente Solarpanel. Rechts durch das effizientere gr\u00fcn get\u00f6nte transparente Solarpanel.<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

Beide Versionen k\u00f6nnen in gro\u00dfem Ma\u00dfstab hergestellt werden, wobei Materialien verwendet werden, die weniger toxisch sind als andere transparente Solarzellen. Die transparenten organischen Solarzellen k\u00f6nnen auch an lokale Breitengrade angepasst werden, indem man sich die Tatsache zunutze macht, dass sie am effizientesten sind, wenn die Sonnenstrahlen in einem senkrechten Winkel auf sie auftreffen. Sie k\u00f6nnen zwischen die Scheiben von doppelt verglasten Fenstern eingesetzt werden.<\/p>\n\n\n\n

Forrest und sein Team arbeiten an mehreren Verbesserungen der Technologie. Sie untersuchen auch die Wirtschaftlichkeit des Einbaus transparenter Solarzellenfenster in neue und bestehende Geb\u00e4ude.<\/p>\n\n\n\n

Die Forschungsergebnisse werden in den Proceedings of the National Academy of Sciences<\/em> in dem Artikel \u201cColor-Neutral, Semitransparent Organic Photovoltaics\u201d von Yongxi Li, Xia Guo, Zhengxing Peng, Boning Qu, Hongping Yan, Harald Ade, Maojie Zhang und Stephen R. Forrest ver\u00f6ffentlicht. Dem Team geh\u00f6ren Forscher der North Carolina State University, der Soochow University in China und des SLAC National Accelerator Laboratory an.<\/p>\n\n\n\n

Abstract aus PNAS:<\/strong><\/p>\n\n\n\n

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Wir demonstrieren eine semitransparente organische Photovoltaikzelle, die eine Energieumwandlungseffizienz von 10,8 % und eine sichtbare Transparenz von ?50 % erreicht, unter Verwendung eines Nicht-Fulleren-Akzeptors (NFA) mit starker Nah-Infrarot-Absorption (NIR) und einfacher Synthese. Entgegen den Erwartungen werden eine st\u00e4rkere NIR-Absorption und eine engere molekulare Packung durch den Einsatz eines Additivs in diesen teilweise, statt vollst\u00e4ndig geschmolzenen, starren NFAs erreicht. Durch die Kombination von NIR-absorbierenden Materials\u00e4tzen mit einer optischen Auskopplungsstruktur sowie einer transparenten Elektrode \u00fcberwinden wir die Kompromisse zwischen Effizienz, Transparenz und Erscheinungsbild des Ger\u00e4ts. Diese Ergebnisse \u00fcbertreffen andere semitransparente Solarzellentechnologien auf der Basis organischer und anderer D\u00fcnnschichtmaterialsysteme und zeigen eine vielversprechende Zukunft f\u00fcr ST-OPVs als stromerzeugende Fenster und andere Anwendungen zur Gewinnung von Solarenergie.<\/p>\n\n\n\n

Semitransparente organische Photovoltaik-Zellen (ST-OPVs) k\u00f6nnten L\u00f6sungen f\u00fcr die Nutzung von Sonnenenergie an Geb\u00e4udefassaden, D\u00e4chern und Photovoltaik-Fenstern werden. Der Kompromiss zwischen der Energieumwandlungseffizienz (Power Conversion Efficiency, PCE) und der durchschnittlichen photopischen Transmission (Average Photopic Transmission, APT) in farbneutralen Ger\u00e4ten schr\u00e4nkt jedoch ihren Nutzen als attraktive, Strom erzeugende Fenster ein. Eine farbneutrale ST-OPV wird durch die Verwendung einer transparenten Indium-Zinn-Oxid (ITO)-Anode zusammen mit einer engen Energiel\u00fccke, einer nicht volleren Akzeptor-Nahinfrarot (NIR)-absorbierenden Zell- und Auskopplungsbeschichtung (OC) auf der Austrittsfl\u00e4che demonstriert.\u201d<\/p>\n\n\n\n

Quellen: <\/strong><\/p>\n\n\n\n