Solarzellen aus Lausanne: tausendmal dünner
Forscher der Eidgenössischen Technischen Hochschule Lausanne (EPFL) haben zum steigern des Wirkungsgrads ihrer ultradünnen Solarzellen ein neuartiges Nanostrukturierungsverfahren entwickelt.
Obwohl Silizium eines der häufigsten Elemente auf unserer Erde ist, bedarf es zur Gewinnung von Silizium aus Sand viel Energie. Aus diesem Grund, aber auch, um die Produktionskosten zu senken, erforschen Christophe Ballif und sein Team vom Labor für Photovoltaik und Dünnschichtelektronik (PV-Lab) an der EPFL bereits seit mehreren Jahren Dünnschichtsolarzellen auf Siliziumbasis, die tausendmal dünner sind als herkömmliche Solarzellen. Jetzt stellten sie ein neues Optimierungsverfahren vor.
Abb.: Die linke Spalte dieser REM-Aufnahmen zeigen die Original-, die rechte die „Nanoguss“-Strukturen. Von oben nach unten: eindimensionales Gitter, hexagonal strukturiertes Aluminium, zufällig-pyramidales ZnO-Netzwerk. Die jeweiligen Bildmaße sind 6 mal 4 Mikrometer. (Bild: Battaglia et al. / Nature Photon.)
Denn je dünner die Zellen sind, desto weniger Sonnenstrahlen absorbieren sie. Dünnschichtzellen erzeugen entsprechend weniger Strom. Um das Licht besser einzufangen und im Silizium stärker zu absorbieren, nutzen die Hersteller Schichten aus Zinkoxid, einem häufig vorkommenden und völlig ungiftigen Material, das in Form von kleinen Kristallpyramiden wächst. Diese ermöglichen eine effiziente Streuung des Lichts in die Silizium Schicht. Solche Zinkoxidschichten haben sogar einen neuen Weltrekord für diese Solarzellen erzielt.
Die Schweizer versuchen nun, diesen Rekord zu schlagen. Da es schwierig ist, die Pyramidenform, die diese kleinen Kristalle natürlicherweise annehmen, zu verändern, ließen sie sie stattdessen auf einer Negativform der gewünschten Struktur wachsen, die das Licht noch besser streut. Ist die nanometrische Zinkoxidschicht erst einmal auf der Form abgeschieden, muss diese nur noch – wie die Karamellschicht einer Tarte Tatin – „abgezogen“ werden, um eine Schicht mit der gewünschten Oberflächenstruktur zu erhalten. Dieser Prozess ermöglicht nicht nur ein besseres Einfangen der Sonnenstrahlen und somit eine Steigerung des Wirkungsgrads, sondern wohl auch eine Senkung der Kosten der Solarzellen, da er sich für die industrielle Massenproduktion eignet. In Zeiten, in denen die Photovoltaik anstrebt, Strom schon bald günstiger als zu den aktuellen Netzpreisen anzubieten, ist dies von besonderem Interesse.
EPFL / OD
