Solarzellen aus nanostrukturiertem Silizium Mehr Energieausbeute bei niedrigeren Herstellungkosten

Mit Hilfe eines Trockenätzverfahrens lässt sich die Oberfläche von Siliziumwafern so strukturieren, dass sich ihre Oberfläche winkelunabhängig und über einen breiten Wellenlängenbereich entspiegeln lässt.

Solarzellen aus nanostrukturiertem schwarzem Silizium sollen für deutlich mehr Energieausbeute sorgen, wenn es nach dem Willen von Prof. Dr. Andreas Tünnermann, Direktor des Uni-Instituts für Angewandte Physik, Friedrich-Schiller-Universität Jena und des Fraunhofer Instituts für Angewandte Optik und Feinmechanik (IOF) geht.

Das Forschungsprojekt mit dem Titel »Nano-SIS« (SIS: Semiconductor-Insulator-Semiconductor) soll ein neuartiges Konzept zur kostengünstigen Herstellung hocheffizienter Solarzellen erarbeiten. Beteiligt sind daran nicht nur technische Experten, sondern auch Wirtschaftswissenschaftler. »Noch wandeln Solarzellen das Sonnenlicht nicht sehr effizient in Strom um und sind in der Herstellung zu teuer«, erklärt der Experte. »Wir kombinieren nanotechnologische Methoden zur Effizienzsteigerung von Solarzellen mit einem einfachen Zelldesign«, erläutert Tünnermann den neuen Jenaer Ansatz.

Als Grundlage für ihre leistungsstarken Solarzellen nutzen die Physiker der Uni Jena nanostrukturiertes schwarzes Silizium. »Mit Hilfe eines Trockenätzverfahrens lässt sich die Oberfläche von Siliziumwafern so strukturieren, dass sich ihre Oberfläche winkelunabhängig und über einen breiten Wellenlängenbereich entspiegeln lässt«, erläutert der Jenaer Physiker. »Dadurch wird die einfallende Strahlung des Sonnenspektrums zu einem viel geringeren Teil reflektiert, was eine deutlich höhere Energieausbeute verspricht«, so Tünnermann. Die nanostrukturierten Siliziumwafer beschichten die Jenaer Forscher anschließend mit einer dünnen Barriere- und einer darüber liegenden transparenten sowie leitfähigen Oxidschicht. Auf diese Weise entsteht eine »SIS-Solarzelle«, die sich – dank industrieerprobter Sputterverfahren – besonders kostengünstig herstellen lässt. Während einer ersten sechsmonatigen Screening-Phase des Projekts haben die Jenaer Forscher bereits eine ausführliche Marktanalyse vorgenommen und verschiedene Anwendungsoptionen ihres Konzeptes innerhalb der Photovoltaik, aber auch der Sensorik geprüft. »Wir wollen bereits bei der Entwicklung der neuen Technologie die Anforderungen potenzieller Anwender mit berücksichtigen«, erläutert Projektleiter Kevin Füchsel.

Die Forschungsarbeiten werden in Kooperation der Jenaer Lehrstühle für Angewandte Physik sowie Absatzwirtschaft, Marketing und Handel und dem IOF im Rahmen des Programms »Forschung für den Markt im Team« (ForMaT)durchgeführt. Durch diese Zusammenarbeit bietet das ForMaT-Programm »eine hervorragende Grundlage, um eine schnelle industrielle Verwertung unseres Konzepts zu ermöglichen«, ist Prof. Tünnermann überzeugt. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung unterstützt die Jenaer Wissenschaftler mit rund 1,7 Millionen Euro im Zeitraum von zwei Jahren.