Der Durchbruch bei Solarmodulen ebnet den Weg für die Energieversorgung

Wissenschaftler haben herausgefunden, wie sich die Effizienz einer ultraleichten Solarzelle verdoppeln lässt, die ihrer Meinung nach zur Gewinnung der Sonnenenergie im Weltraum in einem noch nie dagewesenen Ausmaß genutzt werden könnte.

Die von einem Team der University of Pennsylvania gebauten Solarmodule der nächsten Generation verwenden Schichten, die über tausendmal dünner als ein menschliches Haar sind, aber dennoch in der Lage sind, eine vergleichbare Menge Sonnenlicht zu absorbieren wie kommerziell erhältliche Solarzellen. Die extreme Dünnheit brachte ihnen die Bezeichnung zweidimensional oder 2D-TMDC ein, da sie nur wenige Atome dick sind.

Die Fähigkeit, im Vergleich zu herkömmlichen Silizium-Solarzellen mehr Strom pro Gewicht zu erzeugen, macht sie laut den Forschern sehr gut für den Versand in den Weltraum geeignet, um die Energie der Sonne zu gewinnen.

„Eine hohe spezifische Leistung ist tatsächlich eines der größten Ziele jeder weltraumgestützten Licht- oder Energiegewinnungstechnologie“, sagte Deep Jariwala von der University of Pennsylvania.

„Das ist nicht nur wichtig für Satelliten oder Raumstationen, sondern auch, wenn man echte Solarenergie in großem Maßstab im Weltraum haben möchte. Die Anzahl der [Silizium-]Solarzellen, die man transportieren müsste, ist so groß, dass derzeit keine Raumfahrzeuge Platz finden.“ Solche Materialien dort oben auf wirtschaftlich sinnvolle Weise einzusetzen.

Durch die rechnerische Modellierung der innovativen Solarzelle konnten Professor Jariwala und sein Team ein Design entwickeln, das im Vergleich zu dem, was zuvor gezeigt wurde, eine doppelt so hohe Effizienz aufweist.

Am Dienstag wurde in der Fachzeitschrift Device ein Artikel mit dem Titel „Wie gut können 2D-exzitonische Solarzellen sein?“ mit Einzelheiten zu der Forschung veröffentlicht.

Die Forscher hoffen nun herauszufinden, wie das Design in großem Maßstab hergestellt werden kann.

„Ich denke, die Menschen kommen langsam zu der Erkenntnis, dass 2D-TMDCs ausgezeichnete Photovoltaikmaterialien sind, allerdings nicht für terrestrische Anwendungen, sondern für mobile, flexiblere Anwendungen, wie etwa weltraumgestützte Anwendungen“, sagte Professor Jariwala.

„Das Gewicht von 2D-TMDC-Solarzellen ist 100-mal geringer als das von Silizium- oder Galliumarsenid-Solarzellen, sodass diese Zellen plötzlich zu einer sehr attraktiven Technologie werden.“

Das Konzept weltraumgestützter Solaranlagen wurde erstmals vor mehr als 50 Jahren theoretisiert. Wissenschaftler stellten dabei fest, dass die Energie der Sonne in Mikrowellen umgewandelt und an bodengestützte Empfangsstationen abgestrahlt werden könnte, die sie in Elektrizität umwandeln.

Es hat mehrere Vorteile gegenüber terrestrischen Aufbauten, da diese nicht durch die Wolkendecke oder den typischen Zyklus der Sonne eingeschränkt wären.

Die Forschung hat sich in den letzten Jahren nach mehreren großen Durchbrüchen und Entwicklungen bei der Nutzung von Solarenergie und orbitalen Raketenstarts beschleunigt, einschließlich der Entstehung privater Raumfahrtunternehmen wie SpaceX, die die Kosten für die Lieferung von Nutzlasten ins All erheblich gesenkt haben.

Letzten Monat gab die japanische Raumfahrtbehörde JAXA bekannt, dass sie bis 2025 die ersten Satellitensender für einen Solarpark im kommerziellen Maßstab im Weltraum errichten wolle.

Die Europäische Weltraumorganisation plant außerdem, im Rahmen ihres Solaris-Programms ein Entwicklungsprogramm für diese unerschlossene erneuerbare Energiequelle einzurichten.