Ferroelektrische Kristalle mit asymmetrischer Struktur - Mischoxid aus Barium und Titan.

Effekt in Solarzellen um den Faktor 1000 erhöhen.

Der Wirkungsgrad kristalliner Photovoltaik-Produkte ist begrenzt.
Alternativen wären vielleicht Ferroelektrika, wie Bariumtitanat, einem Mischoxid aus Barium und Titan. Wenn kristalline Schichten aus Barium-, Strontium- und Calciumtitanat, die sie abwechselnd in einer Gitterstruktur übereinandergelegt werden, dann lässt sich der photovoltaische Effekt in Solarzellen um den Faktor 1000 erhöhen.

Ferroelektrisch bedeutet eine räumlich getrennte positive und negative Ladung, das heisst einer asymmetrischen Struktur, die eine Stromerzeugung unter Licht ermöglicht. Der photovoltaische Effekt wird verstärkt, wenn sich die ferroelektrische Schicht mit zwei verschiedenen Schichten abwechsle. Bariumtitanat kann zwischen Strontium- und Calciumtitanat eingebettet werden.

Die Interaktion in Gitterschichten führt zu einer wesentlich höheren Permittivität. Die Elektronen können aufgrund der Anregung durch die Lichtphotonen deutlich leichter abfließen. Die relative Permittivität steigt bei tieferen Temperaturen erheblich an. Bei 4 K liegt sie oftmals um den Faktor 10 bis 20 über dem Wert bei Raumtemperatur und kann Werte oberhalb von 106 erreichen. Die kristalline Symmetrie muss eine polare Achse bilden. Dadurch kommt es durch die Verschiebung verschieden geladener Ionen im Kristallgitter zur spontanen Polarisation. Die elektrische Polarisation in Ferroelektrika kann durch das Anlegen einer äußeren Spannung umgepolt werden. Ferroelektrische Stoffe sind immer auch pyroelektrisch und somit auch piezoelektrisch.

Dieses neue Konzept soll für die praktische Anwendung in Solarmodulen genutzt werden können. Die neue Schichtstruktur zeigt in allen Temperaturbereichen eine höhere Ausbeute. Die verwendeten Kristalle sind deutlich langlebiger. Ferroelektrische Kristalle könnten in Zukunft für einen neuen Photovoltaik-Boost bei der Erzeugung sorgen und deutlich zu einer höheren Effizienzen bei Solarmodulen beitragen.

Quelle 02/2022