External quantum efficiency above 100% in photovoltaic cells due to the technique raising efficiencies for all kinds of solar cells

Die große Idee: Eine Solar-„Falle“, die die Regeln bricht

Stellen Sie sich vor, Sie haben ein Solarpanel. Normalerweise, wenn Sonnenlicht darauf trifft, wandelt das Panel einen Teil dieses Lichts in Elektrizität um. Aber es ist nicht perfekt; es reflektiert etwas Licht weg (wie ein Spiegel) und verschwendet etwas Energie als Wärme.

Dieses Papier beschreibt einen neuen Weg, Solarpanels in einer V-Form (wie ein aufgeschlagenes Buch oder ein Tal) zu bauen. Der Autor, Jianming Li, behauptet, dass, wenn man die Solarzellen in dieser V-Form anordnet, sie so effizient darin werden, Licht einzufangen, dass sie mehr Elektrizität erzeugen, als die Menge an Licht, die auf sie trifft.

In wissenschaftlichen Begriffen wurde etwas namens „External Quantum Efficiency“ (EQE) gemessen. Normalerweise liegt dieser Wert unter 100 % (was bedeutet, dass man weniger Elektrizität herausbekommt, als Licht hineingeht). In diesem Experiment erreichten die V-förmigen Panels 140 % und sogar 180 %.

Wie funktioniert das? (Die „Spiegelkabinett“-Analogie)

Stellen Sie sich ein flaches Solarpanel wie eine einzelne Wand vor. Wenn Sie eine Taschenlampe darauf richten, prallt etwas Licht ab und geht für immer verloren.

Stellen Sie sich nun zwei Wände vor, die in einem Winkel zueinander stehen und ein V bilden.

1. Die Lichtfalle: Wenn Licht auf die erste Wand trifft, prallt etwas davon ab. Aber anstatt in den Himmel davonzufliegen, trifft es auf die zweite Wand. Wenn es von dieser abprallt, trifft es vielleicht wieder auf die erste Wand.
2. Der hin und her springende Ball: Es ist wie ein Tischtennisball, der zwischen zwei Schlägern gefangen ist. Das Licht prallt viele Male innerhalb des „V“ hin und her, bis die Solarzellen schließlich jedes einzelne Photon einfangen. Dies wird als „Lichtfallen“ (Light Trapping) bezeichnet.

Das Rätsel: Woher kommt die zusätzliche Energie?

Hier ist der überraschende Teil. Selbst mit dieser Lichtfalle legt die Mathematik nahe, dass die Panels immer noch unter 100 % effizient sein sollten. Aber das waren sie nicht. Sie waren über 100 %.

Das Papier deutet auf eine „mysteriöse“ Quelle zusätzlicher Energie hin: Infrarotlicht (Wärme).

• Das „Leck“: Wenn eine Solarzelle durch die Sonne heiß wird, leuchtet sie ganz natürlich mit unsichtbarem Infrarotlicht (genau wie ein heißer Herd rot leuchtet, aber dies ist unsichtbare Wärme). Normalerweise entweicht diese Wärmeenergie einfach in die Luft und wird verschwendet.
• Das „Recycling“: In der V-Form behauptet der Autor, dass diese entweichende Hitze (das Infrarotlicht) nicht nach außen dringt. Stattdessen prallt sie von den Metallrückseiten der Zellen ab und wird innerhalb des V-Shapes gefangen gehalten, genau wie das Sonnenlicht zuvor.
• Der „magische“ Fang: Das Papier argumentt, dass die Solarzellen winzige Unvollkommenheiten (Defekte) in ihrem Inneren haben. Diese Unvollkommenheiten wirken wie spezielle Haken, die dieses gefangene „Hitzelicht“ (Infrarot) einfangen und in zusätzliche Elektrizität umwandeln können.

Der Autor nennt diese eingefangene Infrarotenergie „dunkle Energie“. Es ist nicht die „dunkle Energie“, die das Universum ausdehnt, sondern vielmehr eine verborgene Energiequelle innerhalb des Panels, die normalerweise ignoriert wird.

Das Ergebnis: Ein „Gratis-Mittagessen“ für die Energie?

Da die V-Form sowohl das Sonnenlicht als auch die Wärme, die das Panel erzeugt, einfängt, bekommen die Zellen einen „zweiten Versuch“.

• Schritt 1: Sonnenlicht trifft auf die Zelle -> erzeugt Elektrizität.
• Schritt 2: Die Zelle wird heiß und emittiert Infrarotlicht.
• Schritt 3: Die V-Form fängt dieses Infrarotlicht ein und lässt es in die Zelle zurückprallen.
• Schritt 4: Die Zelle fängt dieses Infrarotlicht auf und erzeugt mehr Elektrizität.

Das Papier behauptet, dass dieser Prozess es dem Panel ermöglicht, mehr elektrische Ladungsträger (Elektronen) zu erzeugen als die Anzahl der einfallenden Sonnenlicht-Photonen, was zu dieser seltsamen Effizienz von 180 % führt.

Was sagt das Papier über die Zukunft?

Das Papier ist sehr spezifisch darüber, was diese Technik jetzt gerade basierend auf ihren Erkenntnissen leisten kann:

1. Bessere Solarzellen: Es kann die Effizienz aller Arten von Solarzellen (Dünnschicht und Silizium) erheblich steigern.
2. Neue Detektoren: Der Autor schlägt vor, dass diese V-Form-Technik verwendet werden könnte, um spezielle Detektoren für Infrarot- und Ultraviolettlicht zu bauen.

Wichtiger Hinweis: Das Papier behauptet nicht, dass dies ein kommerzielles Produkt ist, das bereits bereit für Ihr Dach ist, noch behauptet es, die globale Energiekrise sofort zu lösen. Es ist eine wissenschaftliche Studie, die einen neuen physikalischen Erklärungsansatz dafür liefert, warum diese V-förmigen Panels sich so seltsam verhalten, und legt nahe, dass „dunkle Energie“ (eingefangene Infrarotwärme) der Schlüssel ist.