Transparente Solarzelle
Bei einer transparenten Solarzelle handelt es sich um einen speziellen Typ einer Solarzelle, welche selektiv nicht sichtbare elektromagnetische Strahlung in elektrische Leistung umwandelt und für das sichtbare Licht transparent ist. Nicht sichtbare Teile des Spektrums wie Ultraviolettstrahlung oder Infrarotstrahlung werden zur Gewinnung von elektrischer Energie dabei absorbiert. Diese Art von Solarzellentechnologie, welche sich verschiedener Ansätze bedient, ist mit Stand Anfang 2021 Forschungsgegenstand.[1]
Aufbau
Damit die Solarzelle im sichtbaren Licht transparent ist, muss jede Komponente transparent sein. Als Elektroden werden hierfür transparente, elektrisch leitfähige Oxide, wie Indiumzinnoxid (ITO) verwendet. Um den ultravioletten Strahlungsbereich zu nutzen, müssen Halbleitermaterialien mit einer großen Bandlücke (etwa 3,1 eV) verwendet werden, welche ausschließlich die hochenergetischen Strahlungsbereiche absorbieren und für das sichtbare Licht transparent ist. Dieser Ansatz ist im infraroten Strahlungsbereich nicht möglich, da Halbleitersolarzellen im gesamten Spektralbereich oberhalb ihrer Bandlücke absorbieren, somit auch im sichtbaren Licht. Um auch den infraroten Spektralbereich nutzen zu können gibt es mehrere Verfahren, welche im Folgenden dargestellt sind.
Grätzel-Zelle
Grätzel-Zellen verwenden einen Farbstoff, welcher elektromagnetische Strahlung durch Schwingungsanregungen absorbiert und dadurch je nach Farbstoff ein sehr charakteristisches Absorptionsspektrum aufweist. Dabei werden Farbstoffe eingesetzt, deren Absorption im Infrarotbereich liegen.
Forscher des Massachusetts Institute of Technology haben auf der Basis von Chloroaluminum-Phthalocyanin (ClAlPc) als Farbstoff eine transparente Solarzelle mit einem Wirkungsgrad von 1,7 % und einer Transmission von über 65 % hergestellt.[2] 2022 erzielten Forschende 79 % Transmission im für Menschen sichtbaren Lichtspektrum mittels Wolframdisulfid-Monolayern auf Indiumzinnoxid.[3]
Lumineszierender Solarkonzentrator
Eine weitere Möglichkeit den infraroten Anteil des Lichtes zu nutzen ist der Einsatz von lumineszierenden Solarkonzentratoren. Hierbei werden organische Salze durch das infrarote Licht zur Lumineszenz angeregt. Die durch Lumineszenz entstandene Strahlung wird in den umgebenden Rahmen der Solarzelle geleitet, wo sie mithilfe konventioneller Solarzellen in elektrische Leistung umgewandelt wird. Forscher der Michigan State University erreichten damit eine Transmission von 86 % und einen Wirkungsgrad von 0,4 %.[4]
Einzelnachweise
- ↑ Alaa A.F. Husain, Wan Zuha W. Hasan, Suhaidi Shafie, Mohd N. Hamidon, Shyam Sudhir Pandey: A review of transparent solar photovoltaic technologies. In: Renewable and Sustainable Energy Reviews. Band 94, Oktober 2018, S. 779–791, doi:10.1016/j.rser.2018.06.031 (elsevier.com [abgerufen am 1. Januar 2021]).
- ↑ Richard R. Lunt, Vladimir Bulovic: Transparent, near-infrared organic photovoltaic solar cells for window and energy-scavenging applications. In: Applied Physics Letters. Band 98, Nr. 11, 14. März 2011, ISSN 0003-6951, S. 113305, doi:10.1063/1.3567516 (scitation.org [abgerufen am 1. Januar 2021]).
- ↑ Xing He, Yuta Iwamoto, Toshiro Kaneko, Toshiaki Kato: Fabrication of near-invisible solar cell with monolayer WS2. In: Scientific Reports. Band 12, Nr. 1, 4. Juli 2022, ISSN 2045-2322, S. 11315, doi:10.1038/s41598-022-15352-x, PMID 35787666, PMC 9253307 (freier Volltext) – (nature.com [abgerufen am 10. September 2022]).
- ↑ Yimu Zhao, Garrett A. Meek, Benjamin G. Levine, Richard R. Lunt: Near-Infrared Harvesting Transparent Luminescent Solar Concentrators. In: Advanced Optical Materials. Band 2, Nr. 7, Juli 2014, S. 606–611, doi:10.1002/adom.201400103 (wiley.com [abgerufen am 1. Januar 2021]).
