Bei Solarzellen erfolgt diese Energiezufuhr durch die Sonnenstrahlen. Die Photonen regen die Elektronen der Halbleiterzelle an und heben sie in das Leitungsband. Folgt eine andere Halbleiterschicht mit energetisch niedrigerem Leitungsband, wandern die erzeugten Elektronen in die angrenzende Schicht. Auf diese Weise wird durch die angeregten Elektronen ein Strom erzeugt, der schließlich genutzt werden kann.

Das Sonnenlicht besteht aus einem kontinuierlichen Spektrum von Photonen verschiedener Energie. Um ein Elektron anzuregen, muß die Energie des einfallenden Photons jedoch mindestens der Bandlücke bis zum Leitungsband entsprechen. Optimal wird der Effekt, wenn die Photonenenergie etwa gleich groß wie die Bandlücke ist. Da in einem gewöhnlichen Halbleiter die Bandlücke einen festen Wert hat, konnte bislang nur ein kleiner Teil des Sonnenlichts effektiv zur Stromerzeugung genutzt werden. Der Wirkungsgrad typischer Siliciumzellen lag daher bei zehn bis 16 Prozent. Indem verschiedene Halbleiter mit unterschiedlichen Bandlücken in einer Solarzelle übereinander gelegt wurden, konnte der Wirkungsgrad immerhin auf gut 30 Prozent verdoppelt werden. Allerdings sind die Kosten für Tandemzellen so hoch, daß sie im allgemeinen nur in der Weltraum- und Satellitentechnik eingesetzt werden. Neue Hoffnung bietet jedoch ein Verfahren, mit dem eine Forschergruppe um Wladek Walukiewicz des Lawrence Berkeley National Laboratories zusammen mit ihren Kollegen vom National Renewable Energy Laboratory in einem einzigem Halbleiterkristall Bandlücken verschiedener Höhe erzeugt. Diese – als dritte Schicht zu der bekannten Tandemzelle zugefügt – könnte den Wirkungsgrad einer Solarzelle auf immerhin 40 Prozent steigern.

Normalerweise erweitern Verschmutzungen in Form kleiner Atome, die sich in die Lücken eines Halbleiterkristalls einlagern, die Bandlücke. Stickstoff, das als N₂ das stabilste bekannte Molekül bildet, scheint in einer GalliumIndiumArsenid-Legierung (GaInAs) seine eigene Bandlücke auszuprägen. Das Leitungsband eines solchen Kristalls spaltet dann in zwei diskrete Bänder auf, eines etwas höher als das des unverschmutzten Kristalls und ein zusätzliches, das deutlich niedriger liegt. Der Wirkungsgrad einer Tandemzelle könnte so besonders durch das niedrig liegende Stickstoff-Band deutlich verbessert werden.

Die Technik ist allerdings noch nicht ausgereift. Die durch das Sonnenlicht erzeugten Leitungselektronen scheinen wesentlich leichter wieder mit den Ionenrümpfen im Kristall zu rekombinieren. Die zusätzliche Bandlücke reduziert also bislang die Leitungsfähigkeit und somit auch wieder die Effizienz der Solarzelle.

Wenig Trost spenden den vom Photovoltaic Materials Project gesponsorten Wissenschaftlern die neuen Möglichkeiten, die das verschmutzte GaInAs anderen Bereichen der Halbleitertechnologie bietet. Um die Effizienz der Solarzellen real zu steigern, bedarf es noch einiger Forschung. Die Wissenschaftler aus Berkeley hoffen darauf, daß höhere Dosen von Stickstoff oder die Verwendung anderer Atome wie Bor möglicherweise doch noch zum Ziel führen.