18.09.2018

Raue Optik für Solarzellen

Nanostrukturierte Oberflächen sollen Wirkungsgrad erhöhen helfen.

Kristalline Dünnschicht­solarzellen aus Silizium sind preisgünstig und schaffen Wirkungs­grade von gut vierzehn Prozent. Sie könnten allerdings noch mehr leisten, wenn ihre glänzenden Ober­flächen weniger Licht reflek­tieren würden. Eine raffi­nierte, neue Lösung für dieses Problem hat ein Team um Christiane Becker vom Helmholtz-Zentrum Berlin HZB nun patentieren lassen.

Abb.: Die Nanostruktur wird auf Siliziumoxid (blau) eingeprägt und dann mit Titanoxid (grün) eingeebnet. So entsteht eine optisch raue, aber dennoch glatte Schicht, auf der kristallines Silizium aufwachsen kann. (Bild: HZB)

„Es reicht nicht aus, einfach mehr Licht in die Zelle zu bringen“, weiß Christiane Becker. Denn solche Oberflächen­strukturen können den Wirkungs­grad im Endeffekt sogar verringern, indem sie die elek­tronischen Eigenschaften des Materials verschlechtern. Die Idee, die David Eisenhauer im Rahmen seiner Promotion im Team von Becker ausgearbeitet hatte, klingt einfach, erfordert aber einen ganz neuen Ansatz: Es geht darum, eine Struktur herzustellen, die sich „optisch rau“ verhält und das Licht gut streuen kann, gleichzeitig aber eine glatte Oberfläche besitzt, auf der die Silizium­schicht nahezu defektfrei aufwachsen kann.

Das Verfahren besteht aus mehreren Schritten: Zunächst stempeln die Forscher eine optimierte Nano­struktur auf eine noch flüssige Silizium­oxid-Vorläufer­schicht, die im Anschluss ausgehärtet wird. Dabei handelt es sich um winzige, regelmäßig ange­ordnete, zylinder­förmige Erhöhungen, die Licht einfangen und damit in die Solarzelle leiten. Allerdings wirken sich diese Strukturen ungünstig auf die elek­tronische Material­qualität der Solarzelle aus. Denn auf der rauen Oberfläche kann die absor­bierende Schicht aus kristal­linem Silizium nicht fehler­frei auf­wachsen.

Um diesen Konflikt aufzulösen, wird in einem weiteren Schritt eine sehr dünne Schicht aus Titanoxid aufge­schleudert. Dadurch werden die Vertiefungen zwischen den Zylindern ausgefüllt, so dass eine relativ glatte Ober­fläche entsteht, auf der das eigent­liche Absorber­material gut aufgebracht werden kann. Die nun paten­tierte Beschichtung – SMART – smooth anti-reflec­tive three-dimensional texture – ermöglicht es, Reflexionen zu verringern und mehr Licht in die absor­bierende Silizium-Schicht zu bringen, ohne deren elek­tronische Eigen­schaften zu beein­trächtigen.

HZB / JOL

Weiterbildung

Weiterbildungen im Bereich Quantentechnologie
TUM INSTITUTE FOR LIFELONG LEARNING

Weiterbildungen im Bereich Quantentechnologie

Vom eintägigen Überblickskurs bis hin zum Deep Dive in die Technologie: für Fach- & Führungskräfte unterschiedlichster Branchen.

ContentAd

Kleinste auf dem Markt erhältliche Hochleistungs-Turbopumpe

Kleinste auf dem Markt erhältliche Hochleistungs-Turbopumpe

Die HiPace 10 Neo ist ein effizienter, kompakter Allrounder für den Prüfalltag, der geräuscharm und besonders energieeffizient ist.

Meist gelesen

Themen