{"id":55732,"date":"2012-10-06T00:00:00","date_gmt":"2012-10-05T22:00:00","guid":{"rendered":"https:\/\/www.sonnenseite.com\/politik\/solarzellen-aus-schwarzem-silizium.html"},"modified":"2012-10-06T00:00:00","modified_gmt":"2012-10-05T22:00:00","slug":"solarzellen-aus-schwarzem-silizium","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.sonnenseite.com\/de\/politik\/solarzellen-aus-schwarzem-silizium\/","title":{"rendered":"Solarzellen aus Schwarzem Silizium"},"content":{"rendered":"
Forscher konnten den Wirkungsgrad der Zellen aus schwarzem Silizium nun verdoppeln. <\/p>\n
Drei Viertel der Sonnenenergie wandeln Solarzellen in elektrische Energie um \u2013 die Infrarotstrahlung dagegen, also die W\u00e4rmestrahlung, geht ungenutzt verloren. Anders bei Solarzellen aus Schwarzem Silizium: Sie nutzen auch diesen Teil des Sonnenspektrums. Forscher konnten den Wirkungsgrad dieser Zellen nun verdoppeln.<\/p>\n
Die Sonne strahlt vom tiefblauen Himmel \u2013 und die Solarzellen auf den D\u00e4chern verwandeln diese Energie in Strom. Allerdings nur zum Teil: Mit der Infrarotstrahlung im Sonnenlicht, die rund ein Viertel des Spektrums ausmacht, k\u00f6nnen die Zellen nichts anfangen. Diese W\u00e4rmestrahlung geht ungenutzt verloren.<\/p>\n
Eine Alternative bietet Schwarzes Silizium:<\/strong> Es nutzt das komplette Sonnenlicht und wandelt auch die Infrarotstrahlung nahezu vollst\u00e4ndig um. Doch was verbirgt sich hinter diesem Material? \u201eSchwarzes Silizium erh\u00e4lt man, indem man \u00fcbliches Silizium unter Schwefelatmosph\u00e4re mit einem Femtosekundenlaser bestrahlt\u201c, sagt Dr. Stefan Kontermann, Gruppenleiter der Fraunhofer-Projektgruppe Faseroptische Sensorsysteme des Fraunhofer-Instituts f\u00fcr Nachrichtentechnik, Heinrich-Hertz-Institut HHI.<\/p>\n
\u201eDie Oberfl\u00e4che wird aufgeraut, einzelne Schwefelatome in das Siliziumgitter eingebaut und das Material erscheint schwarz.\u201c W\u00fcrde man Solarzellen mit diesem Schwarzen Silizium ausstatten, w\u00e4re ihr Wirkungsgrad deutlich h\u00f6her, da sie das gesamte Sonnenspektrum nutzen. Den Forschern am HHI ist es nun gelungen, den Wirkungsgrad von Solarzellen aus Schwarzem Silizium zu verdoppeln \u2013 also mehr Strom aus dem infraroten Teil des Sonnenlichts zu produzieren. \u201eDas haben wir erreicht, indem wir die Pulsform des Lasers ver\u00e4ndert haben, mit dem wir das Silizium bestrahlen\u201c, sagt Kontermann.<\/p>\n
So konnten die Wissenschaftler ein Problem l\u00f6sen, das das Schwarze Silizium birgt: W\u00e4hrend das Infrarotlicht bei normalem Silizium nicht gen\u00fcgend Energie hat, die Elektronen in das \u201eLeitungsband\u201c zu heben und somit in den Stromkreislauf zu bringen, also in Strom umzuwandeln, bildet der eingebaute Schwefel beim Schwarzen Silizium eine Art Zwischenstufe. Man kann sich das so vorstellen, als wolle man auf eine Mauer steigen \u2013 einmal erfolglos, da die Mauer zu hoch ist, einmal in zwei Schritten \u00fcber eine Zwischenstufe.<\/p>\n
Allerdings erm\u00f6glicht diese Zwischenstufe im Schwefel nicht nur, dass Elektronen auf die \u201eMauer\u201c hinaufkommen k\u00f6nnen, sondern ebenso den umgekehrten Weg: Elektronen aus dem Leiterband springen \u00fcber diese Stufe wieder zur\u00fcck \u2013 der elektrische Strom geht wieder verloren. \u00c4ndern die Forscher nun den Laserpuls, der die Schwefelatome in das Atomgitter bef\u00f6rdert, \u00e4ndern sie auch die Pl\u00e4tze, die diese Atome dort einnehmen und die H\u00f6he ihrer \u201eStufen\u201c, also ihr Energieniveau. \u201eWir haben den eingebauten Schwefel \u00fcber die Laserphotonen so ver\u00e4ndert, dass m\u00f6glichst viele Elektronen hinaufkommen k\u00f6nnen, aber m\u00f6glichst wenig wieder hinuntergelangen\u201c, fasst Kontermann zusammen.<\/p>\n
Preisgekr\u00f6ntes Projekt<\/strong><\/p>\n
Im ersten Schritt haben die Wissenschaftler die Laserpulse ge\u00e4ndert und untersucht, wie sich die Materialeigenschaften von Schwarzem Silizium sowie der Wirkungsgrad von Solarzellen aus diesem Material \u00e4ndern. Nun arbeiten sie daran, verschiedene Laserpulse einzusetzen und zu analysieren, wie sich die Energieniveaus des Schwefels \u00e4ndern. K\u00fcnftig soll ein System von Algorithmen automatisch herausfinden, wie der Laserpuls ver\u00e4ndert werden muss, um den optimalen Wirkungsgrad zu erreichen. Das Projekt \u201eMa\u00dfgeschneiderte Lichtpulse\u201c geh\u00f6rt zu den diesj\u00e4hrigen Preistr\u00e4gern im Wettbewerb \u201e365 Orte im Land der Ideen\u201c, die Auszeichnung findet am 11. Oktober 2012 in Goslar statt.<\/p>\n
Prototypen der Schwarzen Silizium-Solarzellen konnten die Forscher bereits herstellen. In einem n\u00e4chsten Schritt wollen sie diese Zellen mit der kommerziellen Technologie vereinen. \u201eWir hoffen, den Wirkungsgrad kommerzieller Solarzellen, der momentan bei etwa 17 Prozent liegt, um ein Prozent erh\u00f6hen zu k\u00f6nnen, indem wir sie mit Schwarzem Silizium kombinieren\u201c, sagt Kontermann. Ausgangspunkt soll eine handels\u00fcbliche Solarzelle sein, von der die Experten die R\u00fcckseite entfernen und teilweise mit Schwarzem Silizium beschreiben \u2013 somit entsteht eine Tandem-Solarzelle, die normales und Schwarzes Silizium enth\u00e4lt.<\/p>\n
Weiterhin planen die Wissenschaftler eine Ausgr\u00fcndung: In dieser Firma wollen sie die Laseranlage vermarkten, mit der Hersteller ihre bestehenden Solarzellenlinien erweitern k\u00f6nnen. Diese w\u00e4ren dann in der Lage, das Schwarze Silizium selbst zu produzieren und serienm\u00e4\u00dfig in die Zellen einzubauen.<\/p>\n