Tarnkappen sollen Effizienz von Solarzellen steigern

Karlsruhe - Die Effizienz von handelsüblichen Solarzellen liegt derzeit bei etwa 20 Prozent. Wissenschaftler am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) gehen nun einen unkonventionellen Weg, um die Effizienz der Panels zu steigern: Optische Tarnkappen sollen das Sonnenlicht besser steuern.

Laut KIT wandeln herkömmliche Photovoltaik-Module, nur ein Fünftel des Lichts in Strom um. Andersausgedrückt: Etwa 80 Prozent der Sonnenenergie gehen verloren. Ein Grund dafür ist, dass bis zu einem Zehntel der Fläche der Solarzellen mit sogenannten Kontaktfingern bedeckt sind, die den erzeugten Strom abführen. Diese Kontaktfinger verhindern aber, dass das Licht die aktive Fläche der Solarzelle erreicht. So sinkt die Effizienz der gesamten Zelle.

Tarnkappen an Solarzellen: Licht soll um Kontaktfinger herumgeleitet werden

Mit Hilfe von sogenannten optischen Tarnkappen soll das Licht nun um Objekte wie etwa die Kontaktfinger herumgeleitet werden. Doktorand Martin Schumann vom Institut für Angewandte Physik am KIT, der die Experimente und Simulationen durchgeführt hat, sagt: „Unsere Modellexperimente haben gezeigt, dass die Tarnschicht die Kontaktfinger fast vollständig unsichtbar macht.“ Physiker des KIT um den Leiter des Forschungsprojekts Carsten Rockstuhl haben gemeinsam mit Partnern aus Aachen, Freiburg, Halle, Jena und Jülich die am KIT entworfene optische Tarnkappe weiterentwickelt, um das einfallende Licht um die Kontaktfinger der Solarzelle herumzuführen.

Normalerweise sei es das Ziel der Tarnkappen-Forschung, Objekte unsichtbar zu machen. Dafür wird Licht um das zu tarnende Objekt herumgeleitet. Bei diesem Forschungsprojekt lag der Fokus aber nicht auf der Tarnung der Kontaktfinger an sich, sondern auf dem umgeleiteten Licht, das dank der Tarnkappe potenziell die aktive Fläche der Solarzelle erreicht und damit für diese nutzbar gemacht wird.

Polymerschicht mit spezieller Oberflächenform vielversprechend

Um den Tarneffekt zu erzielen, gingen die Wissenschaftler zwei Möglichkeiten nach. Bei beiden Verfahren wird auf die Solarzelle eine Polymerschicht aufgebracht. Diese muss exakt berechnete optische Eigenschaften besitzen, nämlich entweder einen Brechungsindex, der vom Ort abhängt, oder eine spezielle Oberflächenform. Das zweite Konzept ist besonders vielversprechend, da es sich potenziell auch kostengünstig in die Massenproduktion von Solarzellen integrieren lässt. Die Oberfläche der Tarnschicht weist dabei Rillen auf, die entlang der Kontaktfinger ausgerichtet sind. So wird das einfallende Licht von den Kontaktfingern weg gebrochen und trifft schließlich auf die aktive Fläche der Solarzelle.

Forscher erwartet Effizienzsteigerung um bis zu zehn Prozent

Die Forscher haben in einem Modellexperiment und anhand von ausführlichen Simulationen gezeigt, dass sich beide Konzepte dazu eignen, die Kontaktfinger zu tarnen. Im nächsten Schritt ist geplant, die Tarnschicht auf eine Solarzelle aufzubringen, um die tatsächliche Effizienzsteigerung zu bestimmen. Die Physiker sind laut KIT optimistisch, dass sich auch unter realen Bedingungen eine Verbesserung durch die Tarnschicht ergibt: „Wenn man eine derartige Schicht auf eine echte Solarzelle aufbringt, sollten sich die optischen Verluste durch die Kontaktfinger reduzieren und die Effizienz sollte um bis zu zehn Prozent steigen“, sagt Forscher Schumann.

Quelle: IWR Online

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