{"id":70346,"date":"2021-04-19T02:16:00","date_gmt":"2021-04-19T00:16:00","guid":{"rendered":"https:\/\/www.sonnenseite.com\/?p=70346"},"modified":"2021-04-18T11:24:34","modified_gmt":"2021-04-18T09:24:34","slug":"durchsichtige-nanoschichten-fuer-mehr-solarstrom","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.sonnenseite.com\/de\/wissenschaft\/durchsichtige-nanoschichten-fuer-mehr-solarstrom\/","title":{"rendered":"Durchsichtige Nanoschichten f\u00fcr mehr Solarstrom"},"content":{"rendered":"\n

Nanostrukturiertes Material und ein neues Zelldesign ebnen den Weg f\u00fcr die Produktion von Silizium-Solarzellen mit mehr als 26 Prozent Wirkungsgrad<\/p>\n\n\n\n

G\u00fcnstiger als mit Sonne l\u00e4sst sich heute kein Strom erzeugen. An sonnigen Standorten entstehen derzeit Kraftwerke, die Solarstrom sogar f\u00fcr weniger als zwei Cent pro Kilowattstunde liefern werden. Auf dem Markt erh\u00e4ltliche Solarzellen auf der Basis von kristallinem Silizium machen dies mit Wirkungsgraden von bis zu 23 Prozent m\u00f6glich und halten daher einen Weltmarktanteil von etwa 95 Prozent. Mit noch h\u00f6heren Wirkungsgraden von mehr als 26 Prozent k\u00f6nnten die Kosten weiter sinken. Dieses Ziel hat nun eine internationale Arbeitsgruppe rund um Photovoltaik-Forscher vom Forschungszentrum J\u00fclich mit einem nanostrukturierten, durchsichtigen Material f\u00fcr die Vorderseite von Solarzellen und einem ausgekl\u00fcgelten Design im Blick. \u00dcber ihren Erfolg vielj\u00e4hriger Forschung berichten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler in der renommierten Fachzeitschrift \u201eNature Energy\u201c.<\/p>\n\n\n\n

Silizium-Solarzellen konnten in den vergangenen Jahrzehnten stetig verbessert werden und haben bereits einen sehr hohen Entwicklungsstand erreicht. Doch noch immer tritt nach der Absorption des Sonnenlichts und der photovoltaischen Erzeugung von elektrischen Ladungstr\u00e4gern der st\u00f6rende Effekt der Rekombination auf. Dabei vereinen sich bereits erzeugte negative und positive Ladungstr\u00e4ger und l\u00f6schen sich gegenseitig aus, bevor sie f\u00fcr den Fluss von Solarstrom genutzt werden konnten. Dagegen helfen spezielle Materialien, die eine besondere Eigenschaft \u2013 eine Passivierung \u2013 aufweisen.<\/p>\n\n\n\n

\u201eUnsere nanostrukturierten Schichten bieten genau diese gew\u00fcnschte Passivierung\u201c, sagt der mittlerweile promovierte Doktorand und Erstautor Malte K\u00f6hler vom J\u00fclicher Institut f\u00fcr Energie- und Klimaforschung (IEK-5). Zus\u00e4tzlich sind die hauchd\u00fcnnen Schichten transparent \u2013 der Lichteinfall wird also kaum reduziert \u2013 und zeigen eine hohe elektrische Leitf\u00e4higkeit.<\/p>\n\n\n\n

\u201eKein anderer Entwicklungsansatz vereint bisher diese drei Eigenschaften \u2013 Passivierung, Transparenz, Leitf\u00e4higkeit \u2013 so gut wie unser neues Design\u201c, sagt Dr. Kaining Ding, Leiter der J\u00fclicher Arbeitsgruppe.<\/p>\n\n\n\n

Ein erster Prototyp der J\u00fclicher TPC-Solarzelle \u2013 die Abk\u00fcrzung steht f\u00fcr \u201eTransparent Passivating Contact\u201c \u2013 erreichte im Labor einen hohen Wirkungsgrad von 23,99 Prozent (+- 0,29 Prozent). Dieser Wert wurde auch von dem unabh\u00e4ngigen CalTeC-Pr\u00fcflabor des Instituts f\u00fcr Solarenergieforschung in Hameln (ISFH) best\u00e4tigt. Damit rangiert die J\u00fclicher TPC-Solarzelle zwar noch etwas unter den bisher besten Laborzellen aus kristallinem Silizium. Doch parallel durchgef\u00fchrte Simulationen haben gezeigt, dass mit der TPC-Technologie Wirkungsgrade von mehr als 26 Prozent m\u00f6glich sind.<\/p>\n\n\n\n

\u201eZudem haben wir bei der Fertigung nur Verfahren angewendet, die sich relativ schnell in eine Serienproduktion integrieren lassen\u201c, betont Ding den Vorteil gegen\u00fcber anderen Forschungsans\u00e4tzen. Mit dieser Strategie erm\u00f6glichen die J\u00fclicher Forscher, dass ihre Entwicklung aus dem Labor ohne allzu gro\u00dfen Aufwand in einer industriellen Solarzellfertigung im gro\u00dfen Ma\u00dfstab \u00fcbernommen werden kann.<\/p>\n\n\n\n

F\u00fcr die Fertigung der TPC-Schichten waren mehrere Prozessschritte notwendig. Auf einer d\u00fcnnen Lage aus Siliziumdioxid deponierten die Forscher eine Doppelschicht winziger Pyramiden-f\u00f6rmiger Nanokristallen aus Siliziumkarbid \u2013 aufgetragen bei zwei unterschiedlichen Temperaturen. Zum Abschluss folgte eine durchsichtige Lage aus Indiumzinnoxid. Dabei wendeten Ding und Kollegen nasschemische Verfahren, eine Ablagerung aus der Dampfphase (Chemical Vapour Deposition, CVD) und einen sogenannten Sputter-Prozess an.<\/p>\n\n\n\n

F\u00fcr ihren Erfolg haben die J\u00fclicher Forscher vom IEK-5 und des J\u00fclicher Ernst-Ruska Zentrums f\u00fcr Elektronenmikroskopie eng mit mehreren Instituten in den Niederlanden, China, Russland und Ecuador zusammengearbeitet. Zu den Partnern z\u00e4hlen Forschende der RWTH Aachen, der Universit\u00e4t Duisburg-Essen, der Technischen Universit\u00e4ten Delft und Eindhoven, der Universidad San Francisco de Quito, der Universit\u00e4t und des Kutateladze Institute of Thermophysics in Novosibirsk und der Sun Yat-Sen Universit\u00e4t in Guangzhou. In weiteren Schritten will die Arbeitsgruppe um Kaining Ding die Stromausbeute ihrer TPC-Solarzellen weiter optimieren. \u201eWir rechnen auch mit einem gro\u00dfen Interesse der Solarzell-Hersteller an unserer Technologie\u201c, sagt Ding.<\/p>\n\n\n\n