Rückreflektor-Materialien bieten großes Potenzial für Solarzellen

Der Wirkungsgrad einer Solarzelle ist abhängig davon, wie viel des einfallenden Lichts eingefangen und absorbiert wird. Mit Hilfe eines Rückseitenreflektors kann die Effizienz weiter gesteigert werden. Dieser reflektiert das nicht-absorbierte Licht und führt dieses zurück zur Solarzelle, wie Wissenschaftler der Universität Twente am Mittwoch mitteilten.

Allerdings könne aufgrund der Form eines Solarmoduls nicht das ganze Sonnenlicht absorbiert werden, und ein gewisser Teil verbleibe somit ungenutzt. Nach Angaben der Forscher wird daher ein omnidirektionaler Reflexionsspiegel benötigt, um das Licht auf allen Frequenzen (Farben) und aus jedem Winkel zu reflektieren.

Bisher gab es zwei Arten solcher Spiegel – metallische und dielektrische. Ersterer zeige zwar omnidrektionale Eigenschaften über eine breite Palette von Farben; die Leistung verringere sich jedoch bei den optischen Frequenzen. Der dielektrische, Spiegel wiederum reflektiere das sichtbare Lichtspektrum aus einem gewissen Winkel, erfordere jedoch dicke Strukturen.

Im Falle eines dielektrischen Spiegels könne aber ein dreidimensionaler Photonenkristall die Lösung für dieses Problem sein. Schon in den 1980er Jahren wurde die Theorie aufgestellt, dass Nanostrukturen über eine so genannte photonische Bandlücke (photonic band gap) verfügen, in der sich Lichtwellen nicht ausbreiten können. Die Forscher seien bisher davon ausgegangen, dass Nanostrukturen nur einen kleinen Teil der optischen Frequenzen reflektieren können. Zudem wurde bisher auch kein Beweis für das omnidirektionales Verhalten der Nanostrukturen erbracht, wie es weiter heißt.

Ein Team von Physikern und Mathematikern von der niederländischen Universität Twente, habe für ihre Untersuchung sogenannte woodpile (Holzstapel) Photonenkristalle erforscht. Diese Kristalle bestünden aus regelmäßig angeordneten Poren, die in zwei senkrechten Richtungen in einen Siliziumwafer gebohrt werden. „Die Kristallstruktur ähnelt dabei der von Diamanten“, sagte der an den Forschungen beteiligte Doktorand Das Devashish.

Bei weiteren Berechnungen zum Reflexionsgrad der diamantartigen, kubischen Kristalle haben die Wissenschaftler festgestellt, dass auch sehr dünne, inverse „woodpiles“ sehr viele Farben des Lichts reflektierten und die Lichtabsorption äußerst gering ist, sagte Devashish. „Dies macht sie zu einem geeigneten Kandidaten als Rückreflektor in Solarzellen.“ Nach Angaben der Forscher ist mit Hilfe der Nanostruktur eine Reflexion von 99,99 Prozent möglich. Eine genaue Beschreibung der Untersuchung und die Ergebnisse wurden Ende April in der Zeitschrift Physical Review B veröffentlicht.