Europäische Partnerschaft für Stapelsolarzellen der nächsten Generation
9,3 Mio. Euro für hocheffiziente Silizium-Dünnschichtsolarmodule
18 führende Industrie- und Forschungspartner haben sich in dem EU-Projekt »Fast Track« zusammengeschlossen um die flexibel einsetzbaren Dünnschichtsolarmodule weiter zu optimieren.
In den nächsten drei Jahren soll ein marktreifer Prototyp mit einem Wirkungsgrad von 12 Prozent entstehen. Das Vorhaben wird vom Forschungszentrum Jülich koordiniert und mit insgesamt 9,3 Mio. Euro von der EU gefördert.
In den letzten Jahren haben verschiedene Unternehmen den Wirkungsgrad von marktreifen Dünnschichtsolarmodulen auf zuletzt 10 Prozent erhöht. Damit haben diese zwar einen niedrigeren Wirkungsgrad als herkömmliche Solarzellen, lassen sich aber auch deutlich günstiger herstellen. Denn bei diesem Typ wird das Silizium nur in einer etwa einen Mikrometer dicken Schicht auf ein Trägermaterial aufgetragen. Ein aufwendiges Herausschneiden aus teuren Wafern entfällt.
Besonders effiziente Silizium-Dünnschichtsolarmodule sind als Tandemsolarzellen ausgelegt. Sie bestehen aus zwei übereinanderliegenden Schichten, die unterschiedliche Anteile des Sonnenlichts absorbieren.
Jede dieser beiden Zellschichten ist in mehrere Lagen unterteilt, die sich alle komplex gegenseitig beeinflussen. Wegen der schwer vorhersehbaren Wechselwirkungen greifen existierende industrielle Dünnschichtsolarzellen auf bewährte Kombinationen von Komponenten und Substraten zurück. In Fast Track bündeln führende Vertreter aus Forschung und Industrie, die bisher unterschiedliche technologische Varianten verfolgt haben, ihre Kompetenzen, um die besten Komponenten zusammenzuführen. Die Abstimmung und die Optimierung der verschiedenen Ansätze soll zu einer neuen Generation von Silizium-Dünnschichtsolarmodulen mit einem Wirkungsgrad von 12 Prozent führen. Dies entspricht einer Steigerung von 20 Prozent, wobei die Kosten unter Testbedingungen unter 0,50 Euro / W Nennleistung liegen sollen.
Um dieses Ziel zu erreichen, experimentieren die Forscher mit verschiedenen Nanomaterialien und optischen Funktionsschichten und entwickeln zudem die gesamte Prozesskette weiter. »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 in den unteren Schichten generierten Stromdichten haben«, sagt der Koordinator des Projekts, Dr. Aad Gordijn vom Forschungszentrum Jülich. Um die optischen und elektronischen Eigenschaften noch besser beeinflussen zu können, setzen die Wissenschaftler in Fast Track unter anderem auf nanokristallines Siliziumdioxid: ein neuartiges, mehrphasiges Material, dessen Festkörperstruktur mehr Freiheitsgrade als reines Silizium aufweist.
Auch die Oberflächenbeschaffenheit der verschiedenen Schichten steht auf dem Prüfstand. Strukturen im Nanometer-Maßstab sollen dazu beitragen, den Lichteinfang zu verbessern. Wie die perfekte lichtstreuende Schicht aussehen wird, ist bisher aber noch nicht abzusehen. „Wir probieren Überlagerungen von unterschiedlichen Strukturen aus, die auf Kratern oder Pyramide basieren, um zu einer optimierten Morphologie zu kommen«, sagt Gordijn.
Das am 1. März 2012 gestartete Projekt läuft bis zum 28. Februar 2015. Spätestens dann soll ein neuer Prototyp als Vorlage für die industrielle Produktion fertig sein.
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