Solar Energy

Solar energy is one of the industries where nanotechnology's contribution is expected to be vital. For some years already researchers all around the world have been working towards a more efficient collection and storage of solar energy.

  • 30.2 Percent Efficiency – New Record for Silicon-based Multi-junction Solar Cell

    Wafer-bonded III-V / Si multi-junction solar cell with 30.2 percent efficiency. ©Fraunhofer ISE/A. Wekkeli

    Researchers at the Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems ISE together with the Austrian company EV Group (EVG) have successfully manufactured a silicon-based multi-junction solar cell with two contacts and an efficiency exceeding the theoretical limit of silicon solar cells. For this achievement, the researchers used a “direct wafer bonding” process to transfer a few micrometers of III-V semiconductor material to silicon, a well-known process in the microelectronics industry. After plasma activation, the subcell surfaces are bonded together in vacuum by applying pressure. The atoms on the surface of the III-V subcell form bonds with the silicon atoms, creating a monolithic device.

  • Aus zwei mach eins: Wie aus grünem Licht blaues wird

    Aus zwei mach eins Wie aus grünem Licht blaues wird | Photonen-Hochkonversion: Die Energieübertragung zwischen den Molekülen basiert auf einem Austausch von Elektronen (Dexter-Transfer) Abbildung: Michael Oldenburg

    Die Hochkonversion von Photonen ermöglicht, Licht effizienter zu nutzen: Zwei Lichtteilchen werden in ein Lichtteilchen mit höherer Energie umgewandelt. Forscher am KIT haben nun erstmals gezeigt, dass innere Grenzflächen zwischen oberflächengebundenen metallorganischen Gerüstverbindungen (SURMOFs) sich optimal dafür eignen – sie haben aus grünem Licht blaues Licht gemacht. Dieses Ergebnis wurde nun in der Fachzeitschrift Advanced Materials vorgestellt und eröffnet neue Möglichkeiten für optoelektronische Anwendungen wie Solarzellen oder Leuchtdioden. (DOI: 10.1002/adma.201601718)

  • Cooling buildings with solar heat

    Since 2001 in operation: Solar-powered, open, desiccant and evaporative cooling (DEC) of seminar rooms at the Southern Upper Rhine IHK, Freiburg.  © Fraunhofer ISE

    The cooling demand in buildings is particularly high when the sun shines intensely. Consequently, with solar air conditioning the heating demand and supply are usually consistent with each other. Closed chillers and open sorption methods for direct air conditioning ensure a comfortable indoor climate. The recently published BINE Themeninfo brochure entitled "Cooling with solar heat" presents concepts and technologies for air conditioning buildings.

  • Dünnschicht-Solarzellen: Wie Defekte in CIGSe-Zellen entstehen und verschwinden

    Kupferanteil spielt entscheidende Rolle

    Eine internationale Kollaboration aus deutschen, israelischen und britischen Teams hat die Abscheidung von einzelnen Chalkopyrit-Dünnschichten untersucht. An der Röntgenquelle BESSY II des Helmholtz-Zentrums Berlin konnten sie beobachten, wann sich während der Deposition bestimmte Defekte bilden und unter welchen Umständen sie ausheilen. Die Ergebnisse geben Hinweise für die Optimierung der Herstellungsprozesse und sind nun in „Energy & Environmental Science“ publiziert.

  • Flexibles Halbleitermaterial für Elektronik, Solartechnologie und Photokatalyse

    Flexibler Halbleiter aus Zinn, Iod und Phosphor (SnIP) mit Doppelhelix-Struktur Bild: Andreas Battenberg / TUM

    Die Doppelhelix hat als stabile und flexible Struktur des Erbguts das Leben auf der Erde erst möglich gemacht. Nun hat ein Team der Technischen Universität München (TUM) eine Doppelhelix-Struktur auch in einem anorganischen Material entdeckt. Das Material aus Zinn, Iod und Phosphor ist ein Halbleiter, besitzt außergewöhnliche optische und elektronische Eigenschaften und ist mechanisch hoch flexibel.

  • Fraunhofer ISE and NREL collaborate on Hydrogen and Fuel Cell Research

    Left to right (standing): Bryan Pivovar, NREL; Sunita Satyapal, U.S. DOE; Helge Pols, BMVi; Klaus Bonhoff, NOW. Left to right (sitting): Keith Wipke, NREL, Christopher Hebling, Fraunhofer ISE. ©NREL

    The two largest research organizations for renewable energy research in the world, the Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems ISE in Germany and the U.S. Department of Energy's National Renewable Energy Laboratory NREL have signed a Memorandum of Understanding (MOU) for close collaboration on hydrogen and fuel cell technologies research. The official launch took place on Monday, October 10th at the “f-cell / World of Energy Solutions” conference in Stuttgart.

  • Fraunhofer ISE Develops Highly Compact, High Frequency DC/DC Converter for Aviation

    New materials enable high speed frequencies: Fraunhofer ISE develops resonant DC/DC converters with 2.5 MHz as demonstrator for aeronautical applications. ©Fraunhofer ISE

    The efficiency of power electronic systems is not solely dependent on electrical efficiency but also on weight, for example, in mobile systems. When the weight of relevant components and devices in airplanes, for instance, is reduced, fuel savings can be achieved and correspondingly greenhouse gas emissions decreased. New materials and components based on gallium nitride (GaN) can help to reduce weight and increase the efficiency. With these new materials, power electronic switches can be operated at higher switching frequency, resulting in higher power density and lower material costs.

  • Going green with nanotechnology

    Reducing the environmental impact of organic solar cell production, building more efficient energy storage: Würzburg-based research institutes have provided for progress in the Bavarian project association UMWELTnanoTECH. Below, we will present their outstanding results.

    Nanotechnology offers many chances to benefit the environment and health. It can be applied to save raw materials and energy, develop enhanced solar cells and more efficient rechargeable batteries and replace harmful substances with eco-compatible solutions.

  • Hamburger Wissenschaftler entwickeln Nanomaterialien für die Umwandlung von Wärme in Strom

    Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der Technischen Universität Hamburg (TUHH), des Helmholtz-Zentrum Geesthacht (HZG) in Kooperation mit der kanadischen University of Alberta haben ein neuartiges optisches Nanomaterial hergestellt, das es ermöglicht, Wärme direkt in Strahlung und danach mit hoher Effizienz in elektrische Energie umzuwandeln. Das neu entwickelte Nanomaterial soll einen wichtigen Beitrag leisten, moderne Industriegesellschaften auf ressourcenschonenden Energieeinsatz umzustellen. Publiziert wird die Arbeit am 6. Juni 2016 in „Nature Communications“, einer der weltweit wichtigsten Fachzeit-schriften für fachübergreifende, wissenschaftliche Forschungsarbeiten.

  • Heating and cooling with environmental energy

    The technical centre “Gebäude G” at the Biberach University of Applied Sciences. Different types of TABS are built-in here. The building is used for research and teaching.   © Hochschule Biberach. Institut für Gebäude- und Energiesysteme, Stefan Sättele

    Environmental energy provides an efficient way to supply energy to non-residential buildings such as office and administration buildings, educational and recreational facilities as well as industrial sheds. The buildings can be efficiently heated and cooled using the combined use of thermo-active building systems and heat pumps. Across 24 pages, the new BINE-Themeninfo brochure entitled "Efficiently heating & cooling non-residential buildings" (II/2016) presents low-exergy concepts for these buildings.

  • Meilenstein in der gedruckten Photovoltaik-Technologie

    FAU-Wissenschaftler erforschen effiziente und nachhaltige organische Solarzellen als Alternative zu herkömmlichen Siliziumzellen

  • Nature knows how to do it – as does research, in principle

    Nature knows how to do it as does research in principle | The researchers make a distinction between three different basic approaches to artificial photosynthesis. However, due to its efficiency advant

    As part of the "LightChEC" research project at the University of Zurich, Empa scientists are working with other researchers on a novel method of artificial photosynthesis – photocatalysis, which uses a purely chemical process to split water into hydrogen and oxygen. Unlike other methods, it does not involve the electrolysis of water. However, the practical application of photocatalysis is still some way off.

  • Photosynthese als Vorbild - Chemiker entwickeln künstliches Blatt

    Ohne Photosynthese kein Leben: Ständig stellen Pflanzen Zucker für die eigene Versorgung her. Der für Mensch und Tier notwendige Sauerstoff ist eigentlich nur ein Nebenprodukt. Doch noch immer sind die komplexen Vorgänge in den Blättern nicht vollständig verstanden. Dabei könnten sie wertvolle Hinweise für saubere Energiequellen und nachhaltige Energiespeicher liefern. In der renommierten Fachzeitschrift „Angewandte Chemie“ stellen die Ulmer Professoren Carsten Streb und Timo Jacob nun ein „künstliches Blatt“ vor, mit dem sich die Umwandlung von Wasser zu Sauerstoff nachvollziehen und eventuell optimieren lässt.

  • Photovoltaics and Photosynthesis

    The agrophotovoltaics (APV) pilot plant located in Heggelbach near Lake Constance couples the production of electricity and food crops ©Fraunhofer ISE

    Pilot Plant at Lake Constance Combines Electricity and Crop Production

    In 1981, an article by Prof. Adolf Goetzberger titled "Potatoes under the Collector" was published in the German magazine “Sonnenenergie”. The article proposed a particularly favorable setup for solar energy systems in combination with agricultural land use. After smoldering on the backburner for a couple of years, the concept of agrophotovoltaics (APV), that is, the dual usage of land for crop and electricity production, was again taken up by researchers at Fraunhofer ISE in 2011.

  • Photovoltaik nach dem Vorbild der Rose

    Photovoltaik nach dem Vorbild der Rose | Biomimetik: Die Epidermis eines Rosenblütenblatts wird in einer transparenten Schicht nachgebildet; diese wird in die Vorderseite einer Solarzelle integriert. Abbildung: Guillaume Gomard, KIT

    Mit einer Oberfläche wie bei Pflanzen können Solarzellen mehr Licht aufnehmen und damit mehr Strom erzeugen. Forscher des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) reproduzierten die epidermalen Zellen von Rosenblütenblättern, die eine besonders starke Antireflexwirkung besitzen, und integrierten die transparente Nachbildung in eine organische Solarzelle. Dies führte zu einer relativen Erhöhung der Effizienz von zwölf Prozent. Darüber berichten die Wissenschaftler in der Zeitschrift Advanced Optical Materials (DOI: 10.1002/adom.201600046).

  • Rätsel um Effizienzverlust von Zinkoxid-basierten Farbstoffsolarzellen aufgeklärt

    Um Sonnenenergie in Strom oder solare Brennstoffe umzuwandeln, benötigt man spezielle Materialsysteme. Zum Beispiel solche, die aus organischen und anorganischen dünnen Schichten bestehen. Bei der Umwandlung der Sonnenenergie spielen Prozesse an den Grenzflächen dieser Schichten eine entscheidende Rolle. Nun hat ein HZB-Team um Prof. Emad Aziz erstmals mit ultrakurzen Laserpulsen direkt beobachtet, wie sich zwischen den organischen Farbstoffmolekülen und einer Zinkoxid-Halbleiterschicht Grenzflächenzustände bilden, in denen Ladungsträger eingefangen werden. Dies erklärt, warum ZnO-Farbstoffsolarzellen aktuell hinter den Erwartungen zurückbleiben.

  • Rolling out solar cells: German-Danish project researches flexible organic energy technologies

    In the long run, flexible solar cells could be produced on a large scale by roll-to-roll printing presses. Photo/Copyright: NanoSYD

    Solar cells as thin as foil, and so flexible that they can be rolled out over various large surfaces such as house and vehicle roofs or glass fronts – that is one of the long-term goals of a German-Danish research project that is starting now. Those involved in the “RollFlex Innovation Project Centre” include the University of Southern Denmark (SDU), where the project is headquartered, Kiel University (CAU), the CAU-based start-up FUMT R&D Functional Materials GmbH, the Danish company Stensborg A/S, as well as numerous German and Danish network partners. The official kick-off event took place last week (Wednesday 14 December) in Sonderborg.

  • Silicon solar cell of ISFH yields 25% efficiency with passivating POLO contacts

    Monocrystalline 25%-silicon solar cell with POLO-contacts for both polarities on the rear side of the solar cell. ISFH

    The Lower Saxon‘ Institute for Solar Energy Research Hamelin (ISFH) achieved a solar cell efficiency of 25 % in collaboration with the Institute of Electronic Materials and Devices (MBE) of the Leibniz Universität Hannover. This high efficiency was accomplished with passivating "poly-Si on oxide" contacts (POLO) for both polarities, which avoid the otherwise high recombination beneath the metal contacts. The Lower Saxon‘ Institute for Solar Energy Research Hamelin (ISFH), an affiliated institute of the “Leibniz Universität Hannover” in collaboration with the Institute of Electronic Materials and Devices (MBE) of the “Leibniz Universität Hannover” achieved a solar cell efficiency of 25 %. This result was confirmed by DAkkS-accredited independent calibration laboratory ISFH CalTeC and presented at the Asian conference PVSEC-26 in Singapore.

  • Silver Nano Wire Networks provide threefold functionality

    Periodic two-dimensional networks of silver nanowires can act as transparent conducting electrodes (TCE) with low sheet resistance and high transparancy, outperforming the standard TCE material ITO (Indium Tin Oxide). After publishing their research results on the influence of the wire diameter and the pitch between the wires in 2012, van de Groep et al. proceeded their work and showed that, when geometrically optimized, these silver nanowire networks can additionally act as photonic light-trapping structures.

  • Solarzellen zum Ausrollen

    Langfristig sollen flexible Solarzellen über Rolle-zu-Rolle-Druck-Anlagen großflächig hergestellt werden können. Foto/Copyright: NanoSYD

    Solarzellen, dünn wie Folie und so biegsam, dass sie sich auf unterschiedlichen Oberflächen wie Haus- und Fahrzeugdächer oder Glasfronten großflächig ausrollen lassen – das ist eines der langfristigen Ziele eines deutsch-dänischen Forschungsprojekts, das jetzt startet. Beteiligt sind an dem Projekt „RollFlex-Innovationsprojektcenter“ neben der dänischen Syddansk Universitet (SDU), an der das Projekt angesiedelt ist, die Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU), die Kieler CAU-Ausgründung FUMT R&D Functional Materials GmbH, die dänische Firma Stensborg A/S sowie zahlreiche deutsche und dänische Netzwerkpartner. Am Mittwoch, 14. Dezember fand in Sonderborg das Kick-Off-Treffen statt.