Konventionelle Solarzellen können entweder „nass“ (auf der Basis von Lösungen) oder „trocken“ (aus Metall-Oxid-Halbleitern) sein. Die Trockensolarzellen haben einen leichten Vorteil gegenüber den Nasssolarzellen: Sie sind zuverlässiger, umweltfreundlicher und kostengünstiger. Außerdem sind Metalloxide gut geeignet, um das UV-Licht zu nutzen. Trotz alledem wurde das Potenzial von Metalloxid-TPVs bisher noch nicht vollständig erforscht.

Zu diesem Zweck haben Forscher der Incheon National University, Republik Korea, ein innovatives Design für ein TPV-Gerät auf Metalloxidbasis entwickelt. Sie fügten eine ultradünne Siliziumschicht (Si) zwischen zwei transparente Metalloxid-Halbleiter ein, um ein effizientes TPV-Gerät zu entwickeln. Diese Ergebnisse wurden in einer Studie in der Zeitschrift Nano Energy veröffentlicht, die am 10. August 2020 (vor der geplanten endgültigen Veröffentlichung in der Dezember-Ausgabe 2020) online verfügbar gemacht wurde. Prof. Joondong Kim, der die Studie leitete, erklärt: „Unser Ziel war es, eine transparente Solarzelle mit hoher Leistung zu entwickeln, indem wir einen ultradünnen Film aus amorphem Si zwischen Zinkoxid und Nickeloxid eingebettet haben.“

Dieses neuartige Design, das aus dem Si-Film besteht, hatte drei große Vorteile. Erstens ermöglichte sie die Nutzung von Licht mit längerer Wellenlänge (im Gegensatz zu reinen TPVs). Zweitens führte es zu einer effizienten Photonensammlung. Drittens ermöglichte sie einen schnelleren Transport von geladenen Teilchen zu den Elektroden. Außerdem kann die Konstruktion auch bei schwachem Licht (z. B. an bewölkten oder regnerischen Tagen) Strom erzeugen. Die Wissenschaftler bestätigten die Fähigkeit des Geräts zur Stromerzeugung, indem sie es zum Betrieb des Gleichstrommotors eines Ventilators einsetzten.

Aufgrund dieser Ergebnisse ist das Forscherteam optimistisch, dass die reale Anwendbarkeit dieses neuen TPV-Designs bald möglich sein wird. Potenzielle Anwendungen gibt es viele, wie Prof. Kim erklärt: „Wir hoffen, die Verwendung unseres TPV-Designs auf alle Arten von Materialien auszuweiten, von Glasgebäuden bis hin zu mobilen Geräten wie Elektroautos, Smartphones und Sensoren.“ Und nicht nur das: Das Team freut sich darauf, sein Design auf die nächste Stufe zu heben, indem es innovative Materialien wie 2D-Halbleiter, Nanokristalle aus Metalloxiden und Sulfid-Halbleiter verwendet. Prof. Kim schlussfolgert: „Unsere Forschung ist für eine nachhaltige, grüne Zukunft von entscheidender Bedeutung – insbesondere für die Verbindung des sauberen Energiesystems mit keinem oder minimalem Kohlenstoff-Fußabdruck.“