Nach sechsjähriger Entwicklungszeit ist das solarbetriebene Elektrofahrzeug des niederländischen Technologie-Startups mit dem Namen „The 0“ bereit für sein Debüt. Dieses innovative Fahrzeug kann Monate ohne Aufladen auskommen und setzt damit einen neuen Standard für Effizienz im Elektrotransport. 

Forscher der Lehigh University haben ein neues Quantenmaterial entwickelt Das könnte die Effizienz von Solarmodulen erheblich revolutionieren. Dieses innovative Material, das Kupfer, Germaniumselenid (GeSe) und Zinnsulfid (SnS) kombiniert, hat eine externe Quanteneffizienz (EQE) von bis zu 190 % gezeigt. Diese Zahl übertrifft die herkömmlichen Effizienzgrenzen und deutet auf einen Durchbruch hin, der die Nutzung von Solarenergie revolutionieren könnte.

Den Effizienzdurchbruch verstehen

Solarzellen wandeln Sonnenlicht in Strom um, und ihre Wirksamkeit wird anhand des EQE gemessen, der traditionell bei 100 % liegt. Dieser Wirkungsgrad von 100 % bedeutet, dass jedes Lichtphoton ein Elektron Elektrizität erzeugt. Das bei Lehigh entwickelte neue Material nutzt jedoch einen Mechanismus namens Multiple Exciton Generation (MEG), bei dem hochenergetische Photonen mehr als ein Elektron erzeugen können, wodurch die Effizienz über die 100-Prozent-Grenze hinausgeht.

Das Besondere an diesem Material ist die Verwendung von „Zwischenbandzuständen“ – spezifische Energieniveaus innerhalb des Materials, die seine Fähigkeit zur Umwandlung von Sonnenenergie verbessern. Diese Energieniveaus sind ideal, um Photonen zu nutzen, die herkömmliche Solarzellen verschwenden würden. Das Material erschließt einen breiteren Bereich des Sonnenspektrums, indem es zusätzliches Licht im Infrarot- und sichtbaren Spektrum absorbiert und so die Stromerzeugung steigert.

Die Wissenschaft hinter der Innovation

 
Schematische Darstellung der Dünnschichtsolarzelle mit CuxGeSe/SnS als aktiver Schicht. Bildnachweis: Ekuma Lab / Lehigh University

Die beeindruckende Leistungsfähigkeit des Materials beruht auf der präzisen Strukturmanipulation auf molekularer Ebene. Durch den Einbau von Kupferatomen in Schichten aus GeSe und SnS haben die Forscher eine fest verbundene, zweidimensionale Struktur geschaffen, die einzigartige Photonenwechselwirkungen mit dem Material ermöglicht. Diese Wechselwirkungen finden innerhalb von Van-der-Waals-Lücken statt – winzigen Räumen zwischen den Schichten des Materials, in denen sich die Kupferatome befinden.

Durch umfangreiche Computersimulationen und experimentelle Methoden hat das Team eine Technik verfeinert, die eine exakte Platzierung von Kupferatomen ermöglicht und so unerwünschte Effekte wie Clusterbildung, die die Leistung des Materials beeinträchtigen könnten, minimiert.

Blick nach vorne: Herausforderungen und Chancen

Die Entwicklung eines neuen Quantenmaterials mit einer Quanteneffizienz von bis zu 190 % durch Forscher der Lehigh University könnte den solarbetriebenen Transport, einschließlich Autos, Lastwagen und Busse, erheblich voranbringen.

Dieses bahnbrechende Material, das in der Lage ist, ein breites Spektrum des Sonnenlichts effizient einzufangen, überwindet die aktuellen Einschränkungen solarbetriebener Fahrzeuge, indem es ausreichend Energie für schwere Fahrten und Langstreckenfahrten bereitstellt, ohne auf fossile Brennstoffe angewiesen zu sein.

Die Integration dieser hocheffizienten Solarzellen in Fahrzeugdesigns bietet die Möglichkeit, den CO2-Ausstoß drastisch zu reduzieren, insbesondere bei stark genutzten Fahrzeugen wie Bussen und Lastkraftwagen, bei denen Kraftstoffkosten und Umweltauswirkungen ein erhebliches Problem darstellen.

Wenn diese fortschrittlichen Solarzellen für den praktischen Einsatz weiterentwickelt werden, könnten sie die Wirtschafts- und Umweltdynamik weltweit verändern. Die Reduzierung der Fahrzeugbetriebskosten und der CO2-Emissionen könnte zu erheblichen finanziellen Einsparungen und einer Verbesserung der öffentlichen Gesundheit durch sauberere Luft führen.

Darüber hinaus würde die Umstellung auf solarbetriebene Fahrzeuge die weltweite Abhängigkeit vom Öl verringern, die geopolitische Stabilität verbessern und die Schaffung von Arbeitsplätzen im Bereich der erneuerbaren Energien fördern. Dieser Wandel stellt einen entscheidenden Schritt hin zu einem nachhaltigen globalen Transport dar, der sich an umfassenderen Umweltzielen orientiert und den Weg für eine sauberere, nachhaltigere Zukunft ebnet.

Obwohl die Ergebnisse vielversprechend sind, liegt noch ein Weg vor der Kommerzialisierung dieses Materials. Die Integration dieses neuen Quantenmaterials in bestehende Solarenergiesysteme erfordert weitere Forschung und Entwicklung. Obwohl fortgeschritten, muss der Produktionsprozess für die praktische Anwendung in der Solarenergieindustrie erweitert werden.

Die potenziellen Vorteile dieser Technologie sind enorm. Indem wir die Effizienz von Solarzellen erheblich steigern, können wir Fortschritte in Richtung nachhaltigerer Energielösungen machen, unsere Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen verringern und die Umweltauswirkungen der Energieerzeugung verringern.

Die Arbeit von Professor Chinedu Ekuma und seinem Team an der Lehigh University stellt einen bedeutenden Fortschritt auf dem Gebiet der Photovoltaik dar. Ihre Entwicklung stellt bestehende Grenzen in Frage und eröffnet neue Wege für die Zukunft der erneuerbaren Energien. Der Fortschritt dieser Technologie könnte zu erschwinglicheren und effizienteren Solarstromsystemen führen, wodurch Solarenergie weltweit zugänglicher wird und zur Deckung des globalen Energiebedarfs beigetragen wird.

Über den Autor

Robert Jennings ist zusammen mit seiner Frau Marie T. Russell Mitherausgeber von InnerSelf.com. Er besuchte die University of Florida, das Southern Technical Institute und die University of Central Florida mit Studien in Immobilien, Stadtentwicklung, Finanzen, Architekturingenieurwesen und Grundschulpädagogik. Er war Mitglied des US Marine Corps und der US Army und befehligte eine Feldartilleriebatterie in Deutschland. Er war 25 Jahre lang in den Bereichen Immobilienfinanzierung, Bau und Entwicklung tätig, bevor er 1996 InnerSelf.com gründete.

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