Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Silizium-Dünnschichtsolarzellen auf dem Vormarsch

05.04.2002


11,2 Prozent lautet die neueste Zahl aus den Labors des Instituts für Photovoltaik (IPV) des Forschungszentrums Jülich. Diesen stabilen Wirkungsgrad haben die Wissenschaftler bei einer ein Quadratzentimeter großen Silizium-Dünnschichtsolarzelle erzielt. Im nächsten Schritt gilt es, das erfreuliche Ergebnis auf größere Solarmodule zu übertragen. Auch hier haben die Jülicher bereits erste Erfolge vorzuweisen und die Forschungen laufen weiterhin auf Hochtouren.

Sonnenlicht preiswert direkt in Strom zu wandeln ist ein wichtiges Ziel moderner Energieforschung. Silizium-Dünnschichtsolarzellen versprechen vergleichsweise geringere Kosten als herkömmliche Solarzellen. Doch um ein Massenprodukt der Zukunft zu werden, müssen die Wirkungsgrade großflächiger Module im Langzeitbetrieb von zurzeit etwa 6 bis 7 Prozent erst auf 10 Prozent klettern. Im Labormaßstab haben Jülicher Wissenschaftler nun eine Silizium-Dünnschichtsolarzelle hergestellt, deren Wirkungsgrad auch nach über 1000 Stunden Sonneneinstrahlung bei stabilen 11,2 Prozent lag. Damit haben sie eine erste Hürde auf dem Weg zum marktreifen Produkt mit Erfolg genommen.

Silizium-Dünnschichtsolarzellen bestehen aus mehreren Schichten, die mithilfe verschiedener Techniken im Vakuum auf einem Glassubstrat abgeschieden werden. Durch eine erste Schicht aus transparentem und leitfähigem Metalloxid (TCO= transparent conductive oxide) fällt das Sonnenlicht auf die Silizium-Schicht: Hier wird es geschluckt und die dabei erzeugten Ladungsträger nach außen abtransportiert - fertig ist der Solarstrom.

Bewährt hat sich das Konzept der Stapelzellen mit mehreren übereinander liegenden Silizium-Schichten. Zudem steigt der Wirkungsgrad, wenn eine Schicht aus dem für Dünnschichtsolarzellen üblichen amorphen Silizium besteht und eine zweite aus einer weiteren Variante, dem mikrokristallinen Silizium. "Mit einer solchen Tandemzelle haben wir die 11,2 Prozent erzielt", freut sich Dr. Bernd Rech vom IPV, "das war sozusagen Stufe eins. Die wirklichen Vorteile der Dünnschichttechnologie zeigen sich dann in Stufe zwei, beim Übergang von einer einzelnen Zelle zum Solarmodul."

In einem Solarmodul sind viele einzelne Solarzellen in Serie geschaltet, daher addieren sich deren Spannungen. Bei herkömmlichen Modulen werden einzelne Solarzellen angefertigt und anschließend durch Kontakte miteinander verbunden. Bei der Dünnschichttechnologie dagegen ist die Verschaltung bereits in die Herstellung integriert: Ein Laser schneidet die Metalloxid- und die Silizium-Schicht jeweils gleich, nachdem sie auf einem großflächigen Glassubstrat abgeschieden wurden, in einzelne Streifen; diese Streifen sind dann elektrisch in Serie geschaltet.

Die Jülicher Wissenschaftler arbeiten daran, eine komplette Prozesstechnologie für solche großflächigen (30 x 30 Quadratzentimeter großen) Glassubstrate aufzubauen. Die Silizium-Beschichtung funktioniert bereits, Anlagen zur Metalloxid-Beschichtung sowie zum Laserschneiden sollen in der zweiten Jahreshälfte im Rahmen eines Workshops eingeweiht werden. "Wir wollen keine Rekorde in Einzeldisziplinen aufstellen, sondern Mehrkampfmeister werden und einen in dieser Form einzigartigen Komplettansatz liefern", erläutert Bernd Rech das Jülicher Konzept, "unser Ziel ist ein industrienah und kostengünstig hergestellter, technologisch ausgereifter Prototyp."

Dass sich die guten Wirkungsgrade ihrer Tandemzellen vom Labormaßstab tatsächlich auf industrielle Größen aufskalieren lassen, haben die Jülicher Wissenschaftler auch schon gezeigt: Dazu arbeiten sie mit dem Industriepartner RWE Solar GmbH, Geschäftsgebiet Phototronics, zusammen, der bereits seit vielen Jahren 0,6 Quadratmeter (6000 Quadratzentimeter) große Dünnschichtmodule auf Basis des amorphen Siliziums herstellt. Ein Modul des neuen Jülicher Aufbaus mit einer aktiven Fläche von immerhin schon 644 Quadratzentimetern zeigte einen Anfangswirkungsgrad von 10,3 Prozent. Doch der ist durchaus ausbaufähig, ist sich Bernd Rech sicher, denn das für das Testmodul benutzte Glassubstrat war bereits mit einem kommerziellen TCO vorbeschichtet. In Jülich verfolgen die Wissenschaftler aber einen neuen Ansatz: Sie verwenden Zinkoxid als TCO, das durch Sputtern auf das Glas aufgebracht wird. Sputtern ist ein gängiges Verfahren, mit dem beispielsweise in der Glasindustrie Isolierglasscheiben gefertigt werden. Aufgeraut mit Salzsäure ist Zinkoxid zudem ein exzellenter Lichtfänger. "Auch unsere 11,2 Prozent Einzel-Zelle enthielt dieses Zinkoxid. Durch die Kombination von neuen Materialien mit ausgefeilter Prozesstechnologie werden wir auch bei großflächigen Dünnschichtmodulen dem Wirkungsgrad herkömmlicher Solarmodule nahe kommen", prophezeit Bernd Rech, "und langfristig wird sich die preiswertere Dünnschichttechnologie auf dem Markt durchsetzen."

Peter Schäfer | idw
Weitere Informationen:
http://www.fz-juelich.de/oea/PM2002/2002-11-Solarzelle_ob.html

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Energie und Elektrotechnik:

nachricht Fraunhofer-Forscher entwickeln Hochdrucksensoren für Extremtemperaturen
28.06.2017 | Fraunhofer-Institut für Zuverlässigkeit und Mikrointegration IZM

nachricht Mit unkonfektionierten Kabeln durch die Schaltschrankwand
26.06.2017 | PHOENIX CONTACT GmbH & Co.KG

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: Schnelles und umweltschonendes Laserstrukturieren von Werkzeugen zur Folienherstellung

Kosteneffizienz und hohe Produktivität ohne dabei die Umwelt zu belasten: Im EU-Projekt »PoLaRoll« entwickelt das Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT aus Aachen gemeinsam mit dem Oberhausener Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheit- und Energietechnik UMSICHT und sechs Industriepartnern ein Modul zur direkten Laser-Mikrostrukturierung in einem Rolle-zu-Rolle-Verfahren. Ziel ist es, mit Hilfe dieses Systems eine siebartige Metallfolie als Demonstrator zu fertigen, die zum Sonnenschutz von Glasfassaden verwendet wird: Durch ihre besondere Geometrie wird die Sonneneinstrahlung reduziert, woraus sich ein verminderter Energieaufwand für Kühlung und Belüftung ergibt.

Das Fraunhofer IPT ist im Projekt »PoLaRoll« für die Prozessentwicklung der Laserstrukturierung sowie für die Mess- und Systemtechnik zuständig. Von den...

Im Focus: Das Auto lernt vorauszudenken

Ein neues Christian Doppler Labor an der TU Wien beschäftigt sich mit der Regelung und Überwachung von Antriebssystemen – mit Unterstützung des Wissenschaftsministeriums und von AVL List.

Wer ein Auto fährt, trifft ständig Entscheidungen: Man gibt Gas, bremst und dreht am Lenkrad. Doch zusätzlich muss auch das Fahrzeug selbst ununterbrochen...

Im Focus: Vorbild Delfinhaut: Elastisches Material vermindert Reibungswiderstand bei Schiffen

Für eine elegante und ökonomische Fortbewegung im Wasser geben Delfine den Wissenschaftlern ein exzellentes Vorbild. Die flinken Säuger erzielen erstaunliche Schwimmleistungen, deren Ursachen einerseits in der Körperform und andererseits in den elastischen Eigenschaften ihrer Haut zu finden sind. Letzteres Phänomen ist bereits seit Mitte des vorigen Jahrhunderts bekannt, konnte aber bislang nicht erfolgreich auf technische Anwendungen übertragen werden. Experten des Fraunhofer IFAM und der HSVA GmbH haben nun gemeinsam mit zwei weiteren Forschungspartnern eine Oberflächenbeschichtung entwickelt, die ähnlich wie die Delfinhaut den Strömungswiderstand im Wasser messbar verringert.

Delfine haben eine glatte Haut mit einer darunter liegenden dicken, nachgiebigen Speckschicht. Diese speziellen Hauteigenschaften führen zu einer signifikanten...

Im Focus: Kaltes Wasser: Und es bewegt sich doch!

Bei minus 150 Grad Celsius flüssiges Wasser beobachten, das beherrschen Chemiker der Universität Innsbruck. Nun haben sie gemeinsam mit Forschern in Schweden und Deutschland experimentell nachgewiesen, dass zwei unterschiedliche Formen von Wasser existieren, die sich in Struktur und Dichte stark unterscheiden.

Die Wissenschaft sucht seit langem nach dem Grund, warum ausgerechnet Wasser das Molekül des Lebens ist. Mit ausgefeilten Techniken gelingt es Forschern am...

Im Focus: Hyperspektrale Bildgebung zur 100%-Inspektion von Oberflächen und Schichten

„Mehr sehen, als das Auge erlaubt“, das ist ein Anspruch, dem die Hyperspektrale Bildgebung (HSI) gerecht wird. Die neue Kameratechnologie ermöglicht, Licht nicht nur ortsaufgelöst, sondern simultan auch spektral aufgelöst aufzuzeichnen. Das bedeutet, dass zur Informationsgewinnung nicht nur herkömmlich drei spektrale Bänder (RGB), sondern bis zu eintausend genutzt werden.

Das Fraunhofer IWS Dresden entwickelt eine integrierte HSI-Lösung, die das Potenzial der HSI-Technologie in zuverlässige Hard- und Software überführt und für...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Marine Pilze – hervorragende Quellen für neue marine Wirkstoffe?

28.06.2017 | Veranstaltungen

Willkommen an Bord!

28.06.2017 | Veranstaltungen

Internationale Fachkonferenz IEEE ICDCM - Lokale Gleichstromnetze bereichern die Energieversorgung

27.06.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

EUROSTARS-Projekt gestartet - mHealth-Lösung: time4you Forschungs- und Entwicklungspartner bei IMPACHS

28.06.2017 | Unternehmensmeldung

Proteine entdecken, zählen, katalogisieren

28.06.2017 | Biowissenschaften Chemie

Neue Scheinwerfer-Dimension: Volladaptive Lichtverteilung in Echtzeit

28.06.2017 | Automotive