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Power by Light

Forschende erzielen mit sehr dünner Solarzelle Rekord bei Laser-Energieübertragung

Dünnschichtzelle für Energieübertragung © Fraunhofer ISE
Dünnschichtzelle für Energieübertragung © Fraunhofer ISE

Photovoltaik ist eine der wichtigsten Energiequellen der Zukunft. Dabei steht bisher zumeist die Energiegewinnung im öffentlichen Fokus. Die Technologie kann aber auch Energie übertragen, besonders durch Laserstrahlen. Diese Technologie trägt den Namen „Power-by-Light “ und sie braucht besonders aufnahmefähige Solarzellen. Einem Team des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme ISE ist es jetzt gelungen, mit einer neuen Leistungszelle unter einem Laserstrahl einen Wirkungsgrad von 68,9 Prozent bei der Energieübertragung zu erzielen. Den Forschern zufolge handelt es sich hierbei um einen Rekord. Der Wirkungsgrad errechnet sich aus dem Verhältnis von abgegebener elektrischer Energie zur einstrahlenden Lichtenergie.

Längere Lebensdauer und Spannung

Die sehr dünne Solarzelle besteht laut den Forschenden aus Galliumarsenid und ist mit einem hochreflektierenden, leitfähigen Rückseitenspiegel ausgestattet. Bei der Entwicklung haben sie eine spezielle Dünnschichttechnologie angewendet, bei der sie die Solarzellenschichten zunächst auf einem Substrat aus Galliumarsenid aufgetragen haben. Das Substrat haben sie allerdings später wieder entfernt, so die Forschenden. Zurück bleibe die wenige Mikrometer dünne Halbleiterstruktur, die nur noch den Rückseitenspiegel brauche. Letzterer sei durch eine Kombination aus Keramik und Silber besonders effektiv.

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„Dies verschafft der Zelle zwei Vorteile. Erstens werden Photonen in der Zelle eingefangen und die Absorption für Photonenenergien nahe der Bandlücke maximiert, so dass Thermalisierungs- und Transmissionsverluste zugleich minimiert werden. Zweitens werden durch strahlende Rekombination im Absorber neu erzeugte Photonen durch den Spiegel im Absorber eingefangen und genutzt“ erklärt Dr. Henning Helmers, Leiter des Forschungsteams. Diese Konstruktion sorge für eine längere Ladungsträgerlebensdauer und eine höhere Spannung.

Energieübertragung vielseitig verwendbar

Power-by-Light-Systeme bieten laut dem Forschungsteam Vorteile gegenüber einer konventionel­len Energieübertragung mit Kupferkabel. Das könne der Fall sein, wenn die Anwendung eine Energieversorgung ohne elektrische Leitung zwischen zwei Stromkreisen erfordert oder Gefahr durch Blitze oder Explosionen besteht. Durch den Laser sei es außerdem möglich, Energie komplett drahtlos zu übertragen. Dabei sei aber immer eine Photovoltaikzelle nötig.

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Das Forschungsteam nennt einige Beispiele für die Anwendungen optischer Energieübertragung. Sie könne unter anderem bei der Strukturüberwachung von Windkraftanlagen, der Überwachung von Hochspannungsleitungen, der Treibstoffsensorik in Flugzeugtanks oder der optischen Versorgung von Implantaten von außerhalb des Körpers dienen. Mit der Dünnschichtzelle ist die Leistung der Energieübertragung laut dem Forschungsteam höher als je zuvor.

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