Forschern gelingt einfache Kombination mit Nanogenerator
Forscher der chinesischen Soochow University um Yuqiang Liu und Zhen Wen haben eine Hybrid-Solarzelle entwickelt, die bei Regen genauso Strom erzeugt wie bei Sonnenschein. Die Zelle kombiniert einen durchsichtigen Nanogenerator mit einer herkömmlichen Silizium-Zelle. Dem Team und einer Veröffentlichung in ACS-Nano zufolge ist sie einfacher aufgebaut als Vorläuferzellen, das erhöht die Effizienz des Hybrid-Generators.
Klassische Solarzellen liefern nur bei Sonnenschein Strom, was sie beispielsweise für Gegenden mit vielen Regentagen nur mäßig attraktiv macht. Daher gibt es Ansätze zur Kombination mit anderen Stromerzeugern wie triboelektrischen Nanogeneratoren (TENGs). Bislang sind solche Hybride aber relativ komplex aufgebaut. In ACS Nano stellen die Forscher nun eine Hybrid-Solarzelle vor, die einfacher und damit effizienter ist.
[note Abstract aus ACS Nano: „Solarzellen, eigentlich vielversprechende Geräte zur Umwandlung von Licht in Elektrizität, bringen an Regentagen drastisch reduzierte Leistung. Hier wird eine Energiegewinnungsstruktur mit einer Solarzelle und einem triboelektrischen Nanogenerator (TENG) aufgebaut, um Stromerzeugung sowohl bei Sonnenlicht als auch bei Regentropfen zu ermöglichen. Eine Heterojunction-Silizium-Solarzelle wird durch eine wechselseitige Elektrode aus einer Poly(3,4-ethylendioxythiophen)-Poly(styrolsulfonat)-(PEDOT:PSS)-Folie mit einem TENG kombiniert. In Bezug auf die Solarzelle wird das gedruckte PEDOT:PSS verwendet, um die Lichtreflexion zu reduzieren, was zu einer erhöhten Kurzschlussstromdichte führt.
Ein Einzelelektroden-Wassertropfen-TENG auf der Solarzelle wird bildet sich aus der Kombination von bedrucktem Polydimethyl-Siloxan (PDMS) als triboelektrischem Material und einer PEDOT:PSS-Schicht als Elektrode. Die zunehmende Kontaktfläche zwischen dem gedruckten PDMS und den Wassertropfen verbessert die Ausgangsleistung des TENG erheblich mit einem Spitzenkurzschlussstrom von ?33 nA bzw. einer Spitzenausgangsspannung von 2,14 V. Die integrierte Elektrodenkonfiguration des hybriden Energiesammel-Systems kann die Vorteile des hohen Stromniveaus einer Solarzelle und der hohen Spannung eines TENG-Gerätes kombinieren und verspricht einen effizienten Ansatz, um unter verschiedenen Wetterbedingungen Energie aus der Umwelt zu sammeln.“]
„Der größte Durchbruch in dieser Arbeit ist, dass ein aus einer Solarzelle und einem TENG bestehender integrierter Generator durch die Nutzung einer gemeinsamen Elektrode gezeigt wurde“, sagte Mitautor Zhen Wen (Universität Soochow) dem Wissenschaftsmagazin Phys.org. „Im Vergleich zu früheren Arbeiten reduziert der einfache Aufbau der wechselseitigen Elektrode die Anzahl der Funktionsschichten, was die Effizienz der Ausgangsleistung erheblich verbessert.“
Die TENG-Polymer-Schicht verhindere als schützende Barriere auch, dass Wasser in die Solarzelle eindringe. Die Struktur der Elektroden-Schicht wiederum mindere unerwünschte Lichtereflexionen und sorge damit für einen höhere Stromausbeute bei Sonnenschein. Einen Nachteil seiner neuen Zellkonstruktion sieht Wen jedoch darin, dass TENG und Solarzelle nicht gleichzeitig Strom erzeugen können – etwa wenn aus fast klarem Himmel ein Schauer niedergehe. „Wir entwerfen jetzt eine fadenförmige Struktur, ein Gewebe. „Ich wünsche mir, Kleidung herzustellen, die Strom aus Sonne und Regen erzeugen kann, um Wearable-Elektronikgeräte zu betreiben“, so Wen.
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