Erhöhte Solarzelleneffizienz durch bessere Oberflächenpassivierung
Atomlagenabscheidung von Aluminiumoxid auf schwarzem Silizium erhöht den Wirkungsgrad.
Im globalen Wettrennen um effiziente Solartechnik jagt ein Rekord den nächsten. Zur Steigerung des Wirkungsgrades werden auch die Oberflächen von Solarzellen immer gezielter modifiziert. Geeignete Beschichtungen sollen für eine Erhöhung der Lichtabsorption und eine Reduktion der Ladungsträgerverluste sorgen, um möglichst viel Sonnenlicht in elektrische Energie zu wandeln. Diesen Ansatz verfolgen auch Wissenschaftler der Aalto Universität, Finnland, denen eine deutliche Verbesserung dieser sogenannten Oberflächenpassivierung durch die Atomlagenabscheidung (ALD) von Aluminiumoxid (Al2O3) auf stark absorbierenden Silizium-Nanostrukturen gelungen ist.
„Die Nutzung von schwarzem Silizium (b-Si) in Kombination mit der Passivierung steigert die Effizienz von Solarzellen erheblich.“, freut sich Päivikki Repo, Wissenschaftlerin an der Aalto Universität, über die neuen Ergebnisse.
Abb: REM-Aufnahme einer mit Al2O3 beschichteten b-Si-Nanostruktur auf monokristallinem Silizium (Bild: Aalto U.)
Schwarzes Silizium (b-Si) ist in zahlreichen Gebieten, Photovoltaik eingeschlossen, ein interessantes Thema aufgrund seiner Eigenschaft, die Oberflächenreflexion unter ein Prozent zu senken. Das Ziel ist eine möglichst geringe Reflexion zu erhalten, um die Effizienz von Solarzellen zu erhöhen. Die Oberflächenstrukturierung wurde bereits anderweitig untersucht, jedoch ist es den Aalto-Wissenschaftlern erstmals gelungen, die Oberfläche so effizient zu passivieren, dass sich Ladungsträger erfolgreich sammeln. Bisher haben die schlechten Ladungsträgertransporteigenschaften den Nutzen, der sich aus der reduzierten Reflexion ergeben würde, eher verringert.
Die Entwicklung geeigneter Oberflächenpassivierungsmethoden machen b-Si zu einem nützlichen Material für kommerzielle Anwendungen, darunter auch Solarzellen mit hohem Wirkungsgrad. Eine gute Oberflächenpassivierung ist entscheidend bei photonischen Anwendungen wie Solarzellen. Heutzutage kann schwarzes Silizium auch für andere, Solarzellen fremde Technologien eingesetzt werden. Unter den zahlreichen Verwendungen von b-Si gehört u. a. die Betäubungsmittelanalytik.
Die Forschung wurde von der Aalto Universität in Zusammenarbeit mit Experten vom Fraunhofer Institut für Solare Energiesysteme ISE, durchgeführt.
Aalto U. / LK
