In Japan wurde kürzlich ein Durchbruch in der Solarzellentechnologie verkündet: Ein Prototyp kann den erzeugten Strom durch den Einfluss eines externen Magnetfelds steuern. Anstelle eines herkömmlichen p-n-Übergangs nutzt die neue Zelle den photovoltaischen Effekt in einer „gestapelten“ Struktur aus zwei Materialien: einer zweidimensionalen Halbleiterschicht aus MoS₂ und einer magnetischen Materialschicht aus CrPS₄.
Unter normalen Lichtbedingungen funktioniert die Batterie wie eine Photovoltaikzelle und wandelt Licht in Strom um. Wird ein Magnetfeld auf die Oberfläche der Batterie aufgebracht – beispielsweise durch Platzieren eines Magneten oder einer felderzeugenden Spule in der Nähe des Geräts – ändert sich die Stromstärke augenblicklich: Sie nimmt zu, ab oder wird ganz abgeschaltet.
Diese Funktion ermöglicht eine Echtzeitanpassung der Leistungsabgabe, ohne dass zusätzliche Steuerkomponenten wie Dioden oder Transistoren erforderlich sind.
Der Herstellungsprozess umfasst das mechanische Ablösen von MoS₂- und CrPS₄-Schichten vom Kristall. Anschließend werden die beiden Schichten mithilfe einer Trockentransfertechnik präzise in einer Van-der-Waals-Struktur zusammengesetzt. Das fertige Gerät wird beleuchtet und seine elektrischen Eigenschaften werden unter verschiedenen Magnetfeldstärken gemessen.
Die Ergebnisse zeigen nicht nur, dass die Lichtumwandlungseffizienz höher ist als die Gleichgewichtsgrenze herkömmlicher Siliziumzellen, sondern auch, dass der Strom durch einfache Änderung des Magnetfelds flexibel gesteuert werden kann.
Der herausragende Vorteil dieser Technologie liegt in ihrer Einfachheit und Flexibilität im Design. Da keine komplexen Steuerschaltungen erforderlich sind, können die Paneele dünn, leicht und einfach gebogen werden, um auf Glasoberflächen, Dächer oder sogar Gehäuse mobiler Geräte geklebt zu werden.
Zu den potenziellen Anwendungen zählen energieautarke Sensoren, energieeffizientes Holz, intelligentes Glas mit automatischer Energieregulierung und viele Geräte des Internets der Dinge, die ultradünne Batterien benötigen.
Die Technologie zur Steuerung des Magnetfeldstroms verspricht zudem eine verbesserte Leistung bei schwachem Licht oder fragmentierten Bedingungen. Die Kombination des Photovoltaikeffekts mit der Möglichkeit, Magnetfelder individuell anzupassen, eröffnet Möglichkeiten, die Leistungseinschränkungen aktueller Photovoltaikzellen zu überwinden.
Der Prototyp befindet sich noch im Laborstadium, seine potenziellen Anwendungen haben jedoch das Interesse vieler internationaler Forschungsinstitute und Unternehmen geweckt. Weitere Experimente konzentrieren sich auf die Optimierung der Materialien sowie die Erweiterung des Betriebstemperatur- und Magnetfeldbereichs. Ziel ist eine Großserienproduktion in den nächsten fünf bis zehn Jahren.
In Vietnam, wo die Solarkapazitäten rasant wachsen, könnte die Technologie praktische Vorteile bringen. Magnetisch gesteuerte Paneele lassen sich problemlos in Dächer, Fenster oder mobile Ladestationen integrieren. Muss das dezentrale Stromnetz (Smart Grid) Strom ausgleichen, können Batterien bei Stromüberschuss automatisch abgeschaltet oder die Kapazität erhöht werden, um die Last bei Bedarf auszugleichen. Dies trägt dazu bei, Übertragungsverluste zu reduzieren und die Systemstabilität zu verbessern.
Magnetisch gesteuerte Batterien sind nicht nur auf zivile Anwendungen beschränkt, sondern eignen sich auch für Energieprojekte in der Forschung, für Umweltsensoren oder autonome Drohnen, die flexible Stromquellen benötigen. Die Möglichkeit, den Strom über Magnetfelder blitzschnell ein- und auszuschalten, verspricht die Entwicklung einer Generation intelligenter „Superbatterien“, die den globalen Trends zu Ökologisierung und Digitalisierung gerecht werden.
Die Kommerzialisierung magnetisch gesteuerter Solarzellen wird einen Wendepunkt in der Branche der erneuerbaren Energien markieren: von passiven Solarmodulen hin zu „aktiven“ Energiegeräten, die mit der Umwelt interagieren. Dies ist die Voraussetzung für Smart Cities, selbstregulierende Energiegebäude und eine Reihe zukünftiger Anwendungen, die zum Aufbau eines nachhaltigen Energie-Ökosystems beitragen.
Quelle: https://khoahocdoisong.vn/nhat-ban-phat-trien-pin-nang-luong-mat-troi-nhan-dien-tu-truong-post1551512.html
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