Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Solarzellen aus neuartigem Halbleiter-Material

02.04.2001


Befördert durch das "100.000-Dächer-Programm" und das "Erneuerbare-Energien-Gesetz", erlebt die Solarenergie Steigerungsraten von zuletzt 30 Prozent pro Jahr. Der Bedarf wird
allerdings fast ausschließlich durch kristalline Silizium-Solarzellen gedeckt. Weil diese in der Herstellung relativ teuer sind, arbeitet der Jenaer Physiker Prof. Dr. Wolfgang Witthuhn im Verbund mit der TU Ilmenau und einigen mittelständischen Thüringer Firmen an einem technologischen Wandel. Die Arbeitsgruppe setzt auf neuartige Materialsysteme, die eine billigere Solarzellen-Produktion erlauben und sehr effizient arbeiten. Halbleiter aus Kupfer-Indium-Schwefel-(CIS-)Verbindungen versprechen erhebliche Kostenvorteile.

"Wir haben bereits Dünnschichten aus solchem CIS hergestellt, die eine sehr homogene, geradezu optimale Materialstruktur besitzen und bei der Energiegewinnung in Photovoltaik-Anlagen einen sehr hohen Wirkungsgrad ermöglichen werden", verrät Witthuhn. "Die Röntgenanalyse und die Strukturanalysen im Teilchenbeschleuniger stimmen uns von der materialwissenschaftlichen Seite her sehr hoffnungsvoll."

Ein weiterer entscheidender Vorteil liegt in einer künftigen industriellen Produktion: Während herkömmliche Silizium-Zellen aufwändige Reinigungs- und Herstellungsverfahren erfordern, kommen beim CIS einfache, bereits bewährte Beschichtungstechnologien zur Anwendung. Damit ist diese Technologie sehr preiswert und umweltfreundlich. Zudem wird für den Photovoltaik-Prozess eine nur wenige Mikrometer dünne Schicht benötigt; zum Vergleich: Die üblichen Silizium-Zellen sind hundertmal dicker.

Der Grund dafür liegt in der Natur des Sonnenlichts: Die Strahlungsintensität der Sonne ist im grünen Spektralbereich am größten, und diese Lichtquanten treffen auf dem Halbleitermaterial mit 1,5 Elektrovolt auf. Das ist exakt die Energiemenge, um im CIS-Halbleiter die Bandlücke zwischen dem so genannten Valenz- und Leitungsband zu überwinden, das heißt: um Elektronen aus dem Valenzband in ein höheres Energieniveau zu katapultieren. Außerdem geschieht dieser Vorgang in einem direkten Sprung, bei dem die Elektronen unmittelbar ihren neuen Platz im Leitungsband zuverlässig finden. Deshalb darf die Kupfer-Indium-Schwefel-Schicht auch so dünn sein.

Grundsätzlich funktioniert eine Solarzelle ähnlich wie eine Batterie. Um das Bauteil zu komplettieren, muss der aktive Halbleiter aber mit einer leitenden Metallschicht verbunden und die Oberfläche mit einer durchsichtigen Metalloxid-Schicht vor Umwelteinflüssen geschützt werden. Genau an dieser Stelle hapert es indes bei Witthuhns Projekt. Den Sprung vom Halbleiter zum Photovoltaik-Prototypen hat er deshalb noch nicht geschafft, weil er nur schwer finanzielle Förderung für seine Forschung findet. Unter den etablierten Herstellern will niemand ohne eine garantierte Erfolgsaussicht von der erprobten Silizium-Technologie ablassen, und in der Thüringer Forschungsförderungspolitik gibt es offenbar unklare Kompetenzen hinsichtlich der Zuständigkeit.

"Seit über einem Jahr kommen wir nur in kleinen Schritten voran", klagt Witthuhn, "weil die Antragswege so zäh sind." Inzwischen gibt es Projektförderungen vom Bundesforschungsministerium und von der VW-Stiftung, das Thüringer Forschungsministerium leistete eine Anschubfinianzierung für die Verdampfungsanlage, mit der die CIS-Dünnschichten hergestellt werden. "Allerdings haben wir noch keine Betriebs- und Personalmittel", so Witthuhn, "und um die optimale Konfiguration der künftigen Solarzelle entwickeln zu können, brauchen wir weiteres Equipment." Zum Beispiel einen Solargenerator, der unter Laborbedingungen präzise die natürliche Sonneneinstrahlung simuliert.

Witthuhn: "Wenn sich die zuständigen Ministerien in ihrer Förderpolitik einig wären, könnten wir schon bald die ersten Prototypen testen." In den Augen des Physikers spielt dabei nicht zuletzt das Thema Standortsicherung eine entscheidende Rolle. "Inzwischen rüsten die Japaner ihre Photovoltaik-Produktion auf. Es wäre gut, wenn wir schon einen Schritt weiter wären, bevor die Konkurrenz zum Zuge kommt."

Ansprechpartner:
Prof. Dr. Wolfgang Witthuhn
Institut für Festkörperphysik der Friedrich-Schiller-Universität Jena
Tel.: 03641/947300, Fax: 947302
E-Mail: ofw@rz.uni-jena.de

Friedrich-Schiller-Universität
Dr. Wolfgang Hirsch
Referat Öffentlichkeitsarbeit
Fürstengraben 1
D-07743 Jena
Telefon: 03641 · 931030
Telefax: 03641 · 931032
E-Mail: roe@uni-jena.de

Dr. Wolfgang Hirsch | idw

Weitere Berichte zu: Elektron Silizium-Zelle Solarzelle

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Energie und Elektrotechnik:

nachricht Wärme in Strom: Thermoelektrische Generatoren aus Nanoschichten
16.03.2017 | Universität Duisburg-Essen

nachricht Flüssiger Treibstoff für künftige Computer
15.03.2017 | Eidgenössische Technische Hochschule Zürich (ETH Zürich)

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Energie und Elektrotechnik >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Fliegende Intensivstationen: Ultraschallgeräte in Rettungshubschraubern können Leben retten

Etwa 21 Millionen Menschen treffen jährlich in deutschen Notaufnahmen ein. Im Kampf zwischen Leben und Tod zählt für diese Patienten jede Minute. Wenn sie schon kurz nach dem Unfall zielgerichtet behandelt werden können, verbessern sich ihre Überlebenschancen erheblich. Damit Notfallmediziner in solchen Fällen schnell die richtige Diagnose stellen können, kommen in den Rettungshubschraubern der DRF Luftrettung und zunehmend auch in Notarzteinsatzfahrzeugen mobile Ultraschallgeräte zum Einsatz. Experten der Deutschen Gesellschaft für Ultraschall in der Medizin e.V. (DEGUM) schulen die Notärzte und Rettungsassistenten.

Mit mobilen Ultraschallgeräten können Notärzte beispielsweise innere Blutungen direkt am Unfallort identifizieren und sie bei Bedarf auch für Untersuchungen im...

Im Focus: Gigantische Magnetfelder im Universum

Astronomen aus Bonn und Tautenburg in Thüringen beobachteten mit dem 100-m-Radioteleskop Effelsberg Galaxienhaufen, das sind Ansammlungen von Sternsystemen, heißem Gas und geladenen Teilchen. An den Rändern dieser Galaxienhaufen fanden sie außergewöhnlich geordnete Magnetfelder, die sich über viele Millionen Lichtjahre erstrecken. Sie stellen die größten bekannten Magnetfelder im Universum dar.

Die Ergebnisse werden am 22. März in der Fachzeitschrift „Astronomy & Astrophysics“ veröffentlicht.

Galaxienhaufen sind die größten gravitativ gebundenen Strukturen im Universum, mit einer Ausdehnung von etwa zehn Millionen Lichtjahren. Im Vergleich dazu ist...

Im Focus: Giant Magnetic Fields in the Universe

Astronomers from Bonn and Tautenburg in Thuringia (Germany) used the 100-m radio telescope at Effelsberg to observe several galaxy clusters. At the edges of these large accumulations of dark matter, stellar systems (galaxies), hot gas, and charged particles, they found magnetic fields that are exceptionally ordered over distances of many million light years. This makes them the most extended magnetic fields in the universe known so far.

The results will be published on March 22 in the journal „Astronomy & Astrophysics“.

Galaxy clusters are the largest gravitationally bound structures in the universe. With a typical extent of about 10 million light years, i.e. 100 times the...

Im Focus: Auf der Spur des linearen Ubiquitins

Eine neue Methode ermöglicht es, den Geheimcode linearer Ubiquitin-Ketten zu entschlüsseln. Forscher der Goethe-Universität berichten darüber in der aktuellen Ausgabe von "nature methods", zusammen mit Partnern der Universität Tübingen, der Queen Mary University und des Francis Crick Institute in London.

Ubiquitin ist ein kleines Molekül, das im Körper an andere Proteine angehängt wird und so deren Funktion kontrollieren und verändern kann. Die Anheftung...

Im Focus: Tracing down linear ubiquitination

Researchers at the Goethe University Frankfurt, together with partners from the University of Tübingen in Germany and Queen Mary University as well as Francis Crick Institute from London (UK) have developed a novel technology to decipher the secret ubiquitin code.

Ubiquitin is a small protein that can be linked to other cellular proteins, thereby controlling and modulating their functions. The attachment occurs in many...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Lebenswichtige Lebensmittelchemie

23.03.2017 | Veranstaltungen

Die „Panama Papers“ aus Programmierersicht

22.03.2017 | Veranstaltungen

Über Raum, Zeit und Materie

22.03.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Besser lernen dank Zink?

23.03.2017 | Biowissenschaften Chemie

Lebenswichtige Lebensmittelchemie

23.03.2017 | Veranstaltungsnachrichten

Innenraum-Ortung für dynamische Umgebungen

23.03.2017 | Architektur Bauwesen