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Solarzellen-Forschung

Ziel ist 20 % höherer Wirkungsgrad bei Mehrschicht-Solarzellen

04. April 2012, 11:52 Uhr   |  Harry Schubert

Ziel ist 20 % höherer Wirkungsgrad bei Mehrschicht-Solarzellen
© Forschungszentrum Jülich

Jülicher Si-Dünnschicht-Solarmodul: Dieser Zelltyp hat zwar einen klieneren Wirkungsgrad als traditionelle Solarzellen aus kristallinem Silizium ist aber kostengünstiger herstellbar.

18 Industrie- und Forschungspartner haben sich zum EU-Projekt „Fast Track“ zusammengeschlossen, um in den nächsten drei Jahren zweilagige Si-Dünnschicht-Solarzellen mit hohem Wirkungsgrad herzustellen

Der Wirkungsgrad von industriell produzierten Si-Dünnschicht-Solarmodulen erreicht derzeit etwa die 10 %-Marke. Sie liegen damit zwar deutlich unter dem Wirkungsgrad herkömmlicher Si-Solarzellen, lassen sich aber wesentlich günstiger herstellen. Denn das Silizium wird nur in einer etwa 1 µm dicken Schicht auf das Trägermaterial aufgetragen und muss nicht aufwendig aus teuren Wafern herausgeschnitten werden.

Besonders wirkungsgradstarke Si-Dünnschicht-Solarmodule bestehen aus zwei übereinanderliegenden Schichten, die unterschiedliche Anteile des Sonnenlichts absorbieren. Jede dieser beiden Schichten ist in mehrere Lagen unterteilt, die sich gegenseitig beeinflussen, mit schwer vorhersehbaren Wechselwirkungen.

Im EU-Forschungsprojekt „ Fast Track“ bündeln Vertreter aus Forschung und Industrie, die bisher unterschiedliche technische Varianten verfolgt haben, ihre Kompetenzen, um die besten Komponenten zusammenzuführen. Durch die Abstimmung und Optimierung verschiedener Ansätze soll so eine neue Generation von Si-Dünnschicht-Solarmodulen mit einem Wirkungsgrad von 12 % geschaffen werden. Dies entspricht einer Steigerung von 20 %, wobei die Kosten unter Testbedingungen unter 0,5 Euro/W Nennleistung liegen sollen.

Um dieses Ziel zu erreichen, werden die Forscher in den nächsten drei Jahren mit verschiedenen Nanomaterialien und optischen Funktionsschichten experimentieren und die gesamte Prozesskette weiterentwickeln. Um die optischen und elektrischen Eigenschaften noch besser beeinflussen zu können, wird unter anderem nanokristallines Siliziumdioxid eingesetzt, ein mehrphasiges Material, dessen Festkörperstruktur mehr Freiheitsgrade bietet als reines Silizium. Auch die Oberflächenbeschaffenheit der verschiedenen Schichten wird untersucht. Strukturen im Nanometer-Maßstab sollen dazu beitragen, den Lichteinfang zu verbessern.

Dr. Aad Gordijn vom Forschungszentrum Jülich leitet und koordiniert das EU-Projekt „Fast Track“: „Die Grundschwierigkeit besteht darin, die verschiedenen Komponenten aufeinander abzustimmen. Eine kleine Änderung, die die Leitfähigkeit einer der oberen Schichten verbessert, kann zum Beispiel negative Auswirkungen auf die Stromdichten haben, die in den unteren Schichten generiert werden. Wir werden Überlagerungen von unterschiedlichen Strukturen ausprobieren, die auf Kratern oder Pyramide basieren, um zu einer optimierten Morphologie zu kommen“.

Das am 1. März 2012 gestartete Europäische Forschungsprojekt „Fast Track“ wird mit insgesamt 9,3 Mio. Euro von der EU gefördert und läuft bis zum 28. Februar 2015. Spätestens dann soll ein neuer Prototyp als Vorlage für die industrielle Produktion fertig sein.

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