Deutsche Wissenschaftler haben eine verbesserte amorphe Germanium-PV-Zelle entwickelt, die Licht in einem ultradünnen Absorber einfängt. Es hat das Potenzial, PV mit Photosynthese in neuen Solaranwendungen auf Bioreaktoren, Gewächshäusern und landwirtschaftlichen Flächen zu kombinieren.
Forscher des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) haben eine selektive Solarzelle entwickelt auf einem ultradünnen nip-absorbierenden Schichtstapel und einem spektral selektiven Dünnfilmfilter. Sie behaupten, dass damit spektral selektive PV-Module mit potenziellen Anwendungen in der Landwirtschaft, in Gewächshäusern und in Photobioreaktoren hergestellt werden können.
Sie präsentierten ihre Ergebnisse in „Spektraltechnik ultradünner Germaniumsolarzellen für die kombinierte Photovoltaik und Photosynthese, ”, Die kürzlich in veröffentlicht wurde Optics Express. Das Gerät ist eine verbesserte Solarzelle aus amorphem Germanium (a-Ge: H), die Licht in einem ultradünnen Absorber einfangen kann.
„Aufgrund des starken optischen Einschlusses und des hohen Absorptionskoeffizienten von a-Ge: H kann die Absorberdicke auf 5 bis 10 nm reduziert werden, während für eine opake Solarzelle immer noch ein Wirkungsgrad von 5% erreicht wird“, sagen die Wissenschaftler. „Wir haben amorphes Germanium anstelle von amorphem Silizium als Absorptionsmaterial gewählt, da der Absorptionskoeffizient für Wellenlängen über 500 nm höher ist.“
Das Die Technologie basiert nur auf plasmaunterstützter Gasphasenabscheidung und Mikrowellensputtern, die etablierte, branchenerprobte Dünnschichtabscheidungsmethoden sind, so die Gruppe.
„Wir bereiten derzeit ein Projekt vor, bei dem die spektral selektiven Solarzellen auf kleine Modulabmessungen skaliert werden“, sagte der Forscher Norbert Osterthun. pv Magazin. „Diese Module werden dann in Gewächshausumgebungen in Almeria und Oldenburg getestet, die die Bedingungen zweier hoch relevanter Regionen für den Gewächshausgartenbau in Europa darstellen.“
Es ist spektral selektiv Die Zelle nutzt den sogenannten „grünen Spalt“ und den infraroten (IR) Teil des Spektrums, die von Pflanzen nicht für die Photosynthese verwendet werden.
„“Unsere Zelle absorbiert nur den grünen und infraroten spektralen Teil des Sonnenlichts und überträgt blaues und rotes Licht, das während des Photosyntheseprozesses von Chlorophyll absorbiert wird “, fügte Osterthun hinzu.
Die Forschungsgruppe baute die Zelle mit einer transparenten leitenden Metalloxid-Metalloxid (MOMO) -Mehrschicht.
„“Die Natur des MOMO ermöglicht die doppelte Verwendung als optischer Filter und als elektrischer Kontakt “, sagte Osterthun und stellte fest, dass er auf einem Fabry-Perot-Resonator basiert, der der grundlegendste optische Resonator bekannt für seine Farbfiltereigenschaften. „“Die Transmission der spektral selektiven Solarzelle kann durch einfaches Ändern der Reflektorschichtdicke leicht an die Anforderungen der Pflanzen angepasst werden “, fügt Osterthun hinzu.
Die Zelle zeigt anscheinend eine Energieumwandlungseffizienz von 1,6% und 2,3% mit einer blauen Transmission zwischen 16% und 4% und einer roten Transmission zwischen 48% und 34%.
„Im MOMO-Reflektor wurden drei verschiedene Silberdicken untersucht, indem die Dicke der Silberschicht angepasst wurde und das Verhältnis von Licht zur Beleuchtung von Algen oder Pflanzen und zur Erzeugung von Photostrom geändert werden kann“, so die Wissenschaftler. „Die Solarzelle bietet ein enormes Potenzial für die Kombination von Photovoltaik-Solarenergie mit Photosynthese, um neue Anwendungen von Solarzellen in Bioreaktoren, Gewächshäusern oder landwirtschaftlichen Flächen zu erreichen.“
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