Maßgeschneiderte Quantenpunkte für die Photovoltaik

Photovoltaik verringert die Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen, reduziert Emissionen und minimiert die Auswirkungen auf den globalen Klimawandel. Sie verbessert auch die Nachhaltigkeit und Sicherheit der Energieversorgung, da das Sonnenlicht nicht durch geopolitische Bedingungen beeinflusst wird. Zahlreiche Solartechnologien sind bereits recht ausgereift, doch eine umfassende Marktdurchdringungen wird nur mit Durchbrüchen erreicht werden, die zu wichtigen Kostensenkungen führen.

Das EU-finanzierte Projekt ULTRA PARTICLE (Ultra precise nanoparticles to harvest light) plant, Effizienzsteigerungen mit Quantenpunkten (QP) zu nutzen, um die Kosten pro Stromeinheit zu reduzieren. Insbesondere passen die Wissenschaftler QP an, um Photonen mit Energien über einen viel größeren Teil des elektromagnetischen Spektrums zu absorbieren. Die Solaranlagen werden daher mehr Strom aus der gleichen Menge an Sonnenlicht erzeugen.

QP sind winzige Nano-Halbleiter, Energieumwandlungsvorrichtungen mit einzigartigen Eigenschaften, die durch ihre Größe entstehen. Manipuliert man diese Größe, verändern sich die Absorptions- und Emissionsspektren eines QP. Es ist genau diese Qualität der exquisiten Abstimmung, die QP so beliebt für Displays von Smartphones zu Tablets und Fernsehgeräte gemacht hat.

Wissenschaftler von ULTRA PARTICLE kauften eine Gasaggregationsclusterquelle auf dem Stand der Texchnik, um Nanopartikel von wohldefinierter und einheitlicher Größe zu produzieren. Nachdem man diese mit einem bestehenden Dünnschicht Sputter-Gerät verbunden hat, begann das Team mit der Herstellung der ersten Proben von Silber- (Ag), Silicium- (Si) und Germanium-Nanopartikeln, die auf verschiedenen Substraten abgeschieden wurden.

Eine sorgfältige Auswertung bestätigte die vielversprechende Morphologie, weshalb die Forscher zum Einbetten von Ag-Nanopartikeln in amorphes Si übergingen. Dies ist ein wichtiger Schritt auf dem Weg zur Nutzung der Plasmoneneigenschaften metallischer Nanopartikel, die es ihnen ermöglicht, auf einen größeren Wellenlängenbereich zuzugreifen.

In der Zwischenzeit hat das Team erfolgreich Si-Nanopartikel von Größen hergestellt, die innerhalb der Quanten-Confinement-Grenze liegen, was das Hauptziel des Finanzhilfevorschlags war. Darüber hinaus haben die Forscher sie in großer Anzahl hergestellt, um dünne mit Nanopartikeln organisierte Filme des Typs zu erzeugen, die für Dünnschicht-Photovoltaik erforderlich ist.

Mit diesem Erfolg haben die Forscher nun begonnen, die QP-Größe anzupassen, um auf jeden Teil elektromagnetischen Sonnenspektrums zuzugreifen. Eine höhere Effizienz wird eine billigere Photovoltaik-Stromerzeugung ermöglichen, und eine verbreitete Marktakzeptanz mit großen Vorteilen für die Verbraucher, Hersteller und den Planeten fördern.