Könnten Quantenfluktuationen zu effizienteren Solarmodulen führen?

Wenn Wissenschaftler recht haben, steht die Welt möglicherweise am Rande einer Klimakrise. Angesichts dessen muss etwas getan werden, um das Problem anzugehen. Für viele Menschen bleibt die einfache Lösung zum Kampf gegen den Klimawandel ein Übergang von unserer Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen als Energiequelle hin zu nachhaltigeren Optionen wie Wasser, Wind, Geothermie und Solarenergie. Allerdings muss, damit dies wirklich geschehen kann, ein konzentrierter Aufwand unternommen werden, um die Technologie hinter diesen Alternativen voranzutreiben. Glücklicherweise arbeiten Forscher bereits daran, mit mehreren aktuellen Studien, die auf eine helle Zukunft für Photovoltaikzellen hindeuten, die die Gewinnung von Solarenergie ermöglichen.

Bowtie-Resonatoren

Eine dieser oben genannten Studien hat erfolgreich eine Zukunft skizziert, in der durch die Nutzung von Quantenfluktuationen ‘Bowtie-Resonatoren’ potenziell selbst hergestellt werden können.

Bowtie-Resonatoren sind eine Art Struktur, die in nächsten Generationen von Photovoltaikzellen verwendet werden soll, die mit dem Ziel gebaut werden, Licht in einem abgeschlossenen Hohlraum zu fangen. Der Zweck davon ist, die Kontaktzeit zwischen dem gefangenen Licht und dem Medium, das zur Energieübertragung oder -aufnahme verwendet wird, zu maximieren. Interessanterweise werden Bowtie-Resonatoren so genannt, weil ihre Form einem Fliegenknoten ähnelt.

Typischerweise ist, wenn kein Leck vorliegt, der kleinere Resonator effektiver bei der Lichtfangung – was zu höherer Effizienz und Energieaufnahme führt. Leider haben wir einen Punkt erreicht, an dem herkömmliche Fertigungstechniken fast ausgereizt sind. Hier kommt die Studie ins Spiel, die darauf abzielte, Quantenfluktuationen zu nutzen, die zu den fundamentalen Kräften wie dem

• Casimir-Effekt
• Van-der-Waals-Kräfte

Zweck dessen war es, im Wesentlichen die Selbstherstellung eines Resonators zu leiten, der viel kleiner ist, als es derzeit im großen Maßstab möglich ist. Das Ergebnis war eine bedeutende und erfolgreiche Weiterentwicklung in der Herstellung von Halbleitergeräten, da das Team in der Lage war, die Casimir-Van-der-Waals-Kräfte für die ‘deterministische Selbstmontage’ von aufgehängten Silizium-Nanostrukturen und die erfolgreiche Erstellung eines nanoskopischen Resonators zu nutzen.

Einfach ausgedrückt – anstatt versuchen, einen Resonator in so einem kleinen Maßstab zu bauen, baute das Team zwei Hälften und verließ sich auf Quantenfluktuationen, um sie ‘zusammenzufügen’, wenn sie in extremen Nähe zueinander gebracht wurden. Die Veröffentlichung zeigt, dass “Im Gegensatz dazu hatte die planare Halbleitertechnologie einen enormen technologischen Einfluss, dank ihrer inhärenten Skalierbarkeit, sie scheint jedoch nicht in der Lage zu sein, die atomaren Dimensionen zu erreichen, die durch Selbstmontage ermöglicht werden.”

Was bedeutet es?

Die Auswirkungen dieser Technologie sind weitreichend, mit potenziellen Anwendungen in verschiedenen Bereichen. Die Veröffentlichung erläutert dies und stellt fest.

“Während unsere Arbeit die Selbstmontage von photonischen Kavitäten mit wenigen bis subnanometrischer Konfinement zeigt, kann unsere Methode in einem viel breiteren Forschungs- und Technologiebereich angewendet werden, beispielsweise in der Festkörper-Nanoporen-Sequenzierung, Nanoschlucht-Quantentunnel-Elektroden oder ultrahochwertigen Schattenmasken für supraleitende Quanten-Elektronikgeräte.

Im Allgemeinen eröffnet unsere Arbeit Perspektiven für die Erforschung neuer Regime der Photonik, Elektronik und Mechanik auf atomaren Skalen, während sie gleichzeitig eine skalierbare und selbstausgerichtete Integration mit großen Chip-Architekturen ermöglicht.”

Die selbstmontierte Wellenleiter-koppelte Kavität ist besonders interessant in Bezug auf die verstärkte Licht-Materie-Wechselwirkung, was möglicherweise den Betrieb von Geräten auf Ein-Photon-Niveau ermöglichen und neue Effizienzniveaus in Photovoltaikzellen ermöglichen könnte.

Back-Contact-Photovoltaikzellen

Bemerkenswerterweise ist dies nicht der einzige potenziell spielverändernde Fortschritt in den letzten Wochen im Bereich der Photovoltaikzellen. Forscher an der University of Ottawa (U of O) haben erfolgreich die “…ersten Back-Contact-Mikrometer-Photovoltaikzellen’” hergestellt.

Quelle: www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2666386423005325?via%3Dihub#abs0015

Im Wesentlichen handelt es sich um eine neue Fertigungstechnik, die den ‘Schatteneffekt’ in einer Photovoltaikzelle erheblich reduziert, indem die elektrischen Kontakte auf die Rückseite verlegt werden. Dies bedeutet, dass das verwendete energiegewinnende Medium mehr Oberfläche hat, mit der das eingefangene Licht interagieren kann. Dieser Ansatz ermöglicht auch eine erhebliche Miniaturisierung der Zellen. All dies bedeutet höhere Effizienz und Kosteneffektivität.

Alternative Anwendungen

Interessanterweise sind diese diskutierten Durchbrüche nicht nur für die Gewinnung von Solarenergie wichtig, sondern könnten auch den Weg für die Nanotechnologie weisen, indem sie die Machbarkeit der Nutzung von Quantenfluktuationen und fundamentalen Kräften wie dem Casimir-Effekt und den Van-der-Waals-Kräften demonstrieren.

Gerichtete Selbstherstellung von Materialien würde ein neues Reich der Möglichkeiten in der Materialwissenschaft eröffnen, die fast jede Branche tiefgreifend beeinflussen würde. Dies bedeutet leichtere und stärkere Baumaterialien, miniaturisierte Elektronik, wirksamere Medikamente, gezielte Arzneimittelabgaben und mehr.

Das Fazit ist, dass die Nanotechnologie eines Tages möglicherweise diese Branchen grundlegend verändern und es zu einem besonders faszinierenden und vielversprechenden Bereich der wissenschaftlichen und technologischen Erforschung machen wird. Es ist jedoch wichtig zu erkennen, dass ein gerichteter, selbsthergestellter Bowtie-Resonator nur ein Schritt in einem Marathon ist.

Branchenakteure

Während es möglicherweise noch einige Jahre dauern wird, bis wir selbstmontierende Bowtie-Resonatoren und Back-Contact-Zellen in realen Anwendungen sehen, sind dies die Arten von innovativen Fortschritten, die notwendig sein werden, wenn wir den potenziellen Klimakrisen, mit denen wir bereits konfrontiert sind, vermeiden oder zumindest mildern wollen. Mit diesem Hintergrund sind die folgenden einige an der Börse gehandelte Unternehmen, die stark in das Wachstum der Solarenergiebranche und der Technologie, die sie ermöglicht, involviert sind.

*Die Zahlen wurden zum Zeitpunkt des Schreibens ermittelt und können sich ändern. Jeder potenzielle Anleger sollte die Kennzahlen überprüfen*

1. NextEra Energy Resources

(NEE )

NextEra Energy Resources ist das führende saubere Energieunternehmen in Nordamerika, das in der Wind- und Solarenergieproduktion führend ist. Es entwickelt, baut und betreibt Elektrizitätsprojekte, einschließlich mehr als 150 Wind- und Solarenergieanlagen in 26 US-Bundesstaaten und vier kanadischen Provinzen, die über 17.000 Megawatt Wind- und Solarenergie erzeugen

2. First Solar

(FSLR )

First Solar entwirft und produziert Solarenergiesysteme und Solarmodule mit Hilfe von Dünnschicht-Halbleitertechnologie. Es bietet auch unterstützende Dienstleistungen wie Finanzierung, Bau, Wartung und Recycling von Modulen am Ende ihrer Lebensdauer an

3. SolarEdge Technologies

(SEDG )

SolarEdge Technologies ist ein weltweiter Marktführer im Bereich der intelligenten Energieversorgung. Es bietet Lösungen für Photovoltaik, Speicher, Ladestationen für Elektrofahrzeuge, Batterien, USV-Systeme und Netzwerkdienste an. Das Unternehmen ist bekannt für seine SolarEdge-DC-optimierte Wechselrichterlösung, die die Energieerzeugung maximiert und die Kosten der erzeugten Energie von Photovoltaiksystemen reduziert

Letzte Gedanken

Die Fortschritte in der Photovoltaiktechnologie, insbesondere die Entwicklung von selbstmontierenden Bowtie-Resonatoren und Back-Contact-Photovoltaikzellen, markieren einen bedeutenden Schritt bei der Bewältigung der dringenden Herausforderungen des Klimawandels. Diese Innovationen stellen mehr als wissenschaftlichen Fortschritt dar; sie sind entscheidende Schritte auf dem Weg zu einer nachhaltigen Energiezukunft.

Wenn diese Technologien näher an eine weitverbreitete Anwendung herankommen, versprechen sie, Solarenergie effizienter, kostengünstiger und zugänglicher zu machen und damit den Übergang von fossilen Brennstoffen zu beschleunigen. Diese Fortschritte in der Solartechnologie entsprechen nicht nur den Umweltzielen, sondern unterstreichen auch das Potenzial der erneuerbaren Energie, in naher Zukunft zu einer dominanten und praktischen Energiequelle zu werden.