Bild 2: Von Bremel und Kollegen vorgeschlagenes Design eines TPV Moduls . Die jeweils besonders behandelte (geritzte, bzw mit Mikrogruben versehene) Oberfläche des Moduls optimiert die Absorption und konzentriert die langwellige Emission in einem Frequenzbereich, der zur anschliessenden Stromerzeugung in einem Indium-Gallium-Arsen Halbleiter besonders interessant ist. Die von Bremel berechnete Effizienz übersteigt die klassischer Photovoltaik Zellen deutlich.
Genau das haben nun Peter Bermel und Kollegen vom MIT theoretisch entworfen und vorgeschlagen. Der Economist Artikel erklärt es an sich sehr schön. Eine im Mikron-Bereich mit Ritzen/Gruben/Rillen (pits) versehene Oberfläche absorbiert das kurzwellige Sonnenlicht und erhitzt so den absorbierenden unteren “Grubenbereich”, der aus Tungsten Wolfram besteht. Dies erhitzt sich natürlich und strahlt wiederum nach Planck ab. Da aber am Grunde einer Grube gelegen, wird die freigesetzte IR Strahlung eben meist nicht genau aus der Grube heraus-reflektiert, sondern mit grosser Wahrscheinlicheit wiederum von den Grubenwänden absorbiert. Dieser Prozess von IR Abstrahlung und Absorption findet mehrere Male statt, so dass das schliessliche Temperaturgleichgewicht bei einer weit höheren Temperatur liegt. Das ganze erhitzt sich so deutlich mehr, nämlich um den am freien Abstrahlen gehinderten IR Anteil mehr, als es ein einfacher Absorber/Emitter getan hätte. Danach geht es für die TVP Idee relativ klassisch weiter: Das nun sehr heisse Tungsten Wolfram emittiert Photonen (bevorzugt in bestimmten IR Bereichen, was man mit einigen Tricks wohl auch hinbekommt), die dann von einem Indium-Gallium-Arsen Kristal absorbiert und – Halleluja – direkt in Strom per Elektronen-Kicking umgewandelt wird. Bermel berechnete wohl theoretisch mögliche, sensationelle 37% des Sonnenlichts in Energie umzuwandeln. Das wäre deutlich über dem Shockley-Queisser Limit!
Ist das die Lösung der Energieprobleme des Planeten? Natürlich kann man dazu nach einer theoretischen, nichtmals echten Machbarkeitsstudie nicht viel sagen. Aber es hätte einen oder sogar mehrere ironische Twists, die mir wirklich gefallen.
1) Das Treibhausproblem lösen durch ein Energiegewinnungsverfahren, was irgendwie wie nach Treibhaus klingt.
2) Und wo das ganze Tungsten Wolfram hernehmen? Na aus den verbotenen Glühbirnen! So kommen alle zu ihrem Recht.
PS Nein, ich behaupte nicht, dass der atmosphärische Treibhauseffekt irgendwie wirklich das Gleiche wäre wie das, was Bermel und Kollegen mit einem Tungsten Wolfram Kristall machen wollen. Nur auf einer sehr abstrakten Ebene hat es gewissen Ähnlichkeiten, die mich motiviert haben, diesen kleinen Artikel zu schreiben. Für Kenner von Halbleitertechnologie ist natürlich unbedingt die Lektüre des Original-Artikels zu empfehlen.
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