NaLuWiLeS – Nano-Strukturen zur Lumineszenzverstärkung für die Wirkungsgradsteigerung von LEDs und Solarzellen

Die Steigerung des Wirkungsgrads von Solarmodulen ist ein wichtiger Hebel, um die Stromentstehungskosten weiter zu senken. Ein signifikanter Anteil der Herstellungskosten sind flächenproportionale Kosten. Auch bei LEDs sind die Kosten flächenbezogen. Im Pilotprojekt »NaLuWiLeS« im Rahmen des Freiburger Leistungszentrum Nachhaltigkeit werden deshalb vielversprechende neue theoretische Konzepte zur Effizienzsteigerung von Solarzellen und LEDs in die praktische Anwendung gebracht. Niedrigere Kosten unterstützen die weitere Verbreitung der Photovoltaik und LEDs und damit eine nachhaltigere Energieerzeugung und -nutzung. Darüber hinaus werden durch eine Wirkungsgradsteigerung auch weniger Material und Ressourcen benötigt, was die Nachhaltigkeit weiter erhöht.

In Siliciumsolarzellen gehen rund 20 % der eingestrahlten Solarenergie verloren, weil langewellige, infrarote Photonen zu wenig Energie haben, um Ladungsträger im Silicium anzuregen. Durch Hochkonversion können mehrere dieser niederenergetischen Photonen in ein hochenergetisches Photon umgewandelt werden, dass dann von der Siliciumsolarzelle genutzt werden kann. Im Projekt »NaLuWiLeS« soll eine Verfünffachung der Hochkonversionslumineszenz und damit auch eine Verfünffachung der durch Hochkonversion in einer Solarzelle erzielten Effizienzsteigerung erreicht werden. Für diese weit über den Stand der Technik hinausgehende Leistungssteigerung werden Abwärtskonverter zur Vergrößerung des genutzten Spektralbereichs sowie photonische Strukturen zur Erhöhung der lokalen Bestrahlungsstärke und zur Emissionsverstärkung untersucht. Die Optimierung der Strukturen soll dabei auf Basis hochentwickelter theoretischer Modelle erfolgen. Bei der theoretischen Beschreibung und der Charaktisierung der Bauelemente werden dabei Synergien realisiert, welche der Entwicklung von hocheffizienten weißen LEDs zu Gute kommen, die im Rahmen des Projekts »NaLuWiLeS« von Projektpartnern untersucht werden.