Effizientere, langlebigere Solarzellen, transparente Halbleiter und mehr

Insbesondere Solarzellen auf Basis von Perowskit sind ein gutes Beispiel, das die Chancen der neuen, computergestützten Technik illustriert. Das Mineral verspricht eine überragende Stromausbeute, die in einem mehrschichtigen Solarmodul bei weit über 30 Prozent liegen würde.

Die Langlebigkeit lässt allerdings zu wünschen übrig, was sich durch Zugabe weiterer Elemente, geänderte Herstellungsverfahren oder zusätzliche Beschichtungen ändern könnte. Die Auswahl an Kandidaten und die Anzahl der Möglichkeiten ist jedoch riesig. Außerdem kann sich parallel die Effizienz verschlechtern.

Ein automatisches Verfahren, entwickelt am MIT und veröffentlicht in Nature Communications, soll diesen mühsamen und vor allem langwierigen Prozess der Materialanalyse radikal beschleunigen. Derzeit ist von einem 85-fachen Tempo bei der Analyse der Eigenschaften die Rede, mit dem Ziel einer weiteren Steigerung.

Ermöglicht wird dies durch zwei Algorithmen, die Aufnahmen einer Hyperspektralkamera der Proben untersuchen. Mehrere hundert davon konnten dank der Fotografien, die weit mehr zeigen als das sichtbare Licht, zuverlässig analysiert werden. Der Zeitaufwand wird in der Studie mit unter 30 Minuten angegeben, was sonst mehrere Tage Messungen erfordert hätte.

Die Bandlücke, die auch die elektrische Leitfähigkeit bestimmt, und die Langlebigkeit des Materials standen dabei im Fokus. Beides ist essentiell für leistungsfähige und haltbare Solarzellen. Bei der nachträglichen Untersuchung bereits bekannter Legierungen lag die Genauigkeit bei etwa 98 Prozent. Nicht schlecht.

Derzeit wird der Prozess der Bereitstellung neuer Proben in neuen Zusammensetzungen optimiert. Hierfür sollen unterschiedliche Kombinationen gedruckt werden, um dann in wenigen Minuten die Resultate zu erhalten. Ziel ist ein ununterbrochenes Herstellen und Prüfen neuer Materialien. Durchaus realistische Millionen von unterschiedlichen Materialproben ließen sich dann ganz automatisch prüfen.

So soll nicht nur die nächste Generation der Solarzellen entwickelt werden. Auch Halbleiter aus ganz neuen Stoffen, komplett transparente Schaltungen und ganze Geräte sowie bessere, effizientere Bildschirme zählen zu den geplanten Vorhaben.