Ein FEM-Modell einer nanostrukturierten Solarzelle: mit der Finite-Elemente-Methode kann die Solarzelle in viele kleine Teile zerlegt werden, um ihre Eigenschaften und Funktionsweise genau zu analysieren und zu optimieren. © ZIB
Effizientere Solarzellen mit Hilfe von Mathematik
Bei der nachhaltigen Energieversorgung spielt die Nutzung von Solarenergie durch Photovoltaik eine zentrale Rolle. Mit Mathematik konnte der Wirkungsgrad von Solarzellen massiv gesteigert werden. MATH+ hat mit neuen mathematischen Modellen dazu beigetragen, die präzise Simulation der Wechselwirkung von Licht mit komplexen 3D-Strukturen zu ermöglichen. Diese Simulationen sind entscheidend, um das Material von Solarzellen auf molekularer Ebene zu verbessern. Künstliche Intelligenz und maschinelles Lernen werden genutzt, um die Eigenschaften dieser verbesserten Materialien vorherzusagen und so den Entwicklungsprozess weiter zu beschleunigen. Mithilfe der neuen mathematischen Erkenntnisse können Solarzellen entwickelt werden, die effizienter und leistungsfähiger sind und sowohl in kleinen elektronischen Geräten als auch in großen Solaranlagen eingesetzt werden können.
Interdisziplinäres Team erzielt Weltrekord
Ein spannendes Projekt in diesem Bereich ist das Helmholtz-Exzellenznetzwerk SolarMath, eine Kooperation zwischen MATH+ und dem Helmholtz Zentrum Berlin. Physiker*innen und Mathematiker*innen arbeiten gemeinsam an der Verbesserung der Effizienz von Solarzellen. Gemeinsam haben sie monolithische Perowskit/Silizium-Tandem-Solarzellen mit Wirkungsgraden von knapp 30 Prozent entwickelt – ein Weltrekord! Durch ihre verbesserte Oberflächen nutzen diese Solarzellen das volle Spektrum der Sonnenstrahlung, wodurch ihre Effizienz erheblich gesteigert wird.