Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

In der Lichtfalle: IPHT Jena optimiert Solarzellen

29.07.2011
Wissenschaftler des Institutes für Photonische Technologien (IPHT) stellen ein innovatives Herstellungsverfahren für Nanodrähte vor. Mit ihm kann eine neue effiziente Generation von Solarzellen realisiert werden.

Ende Juni beschloss der Deutsche Bundestag den Ausstieg aus der Kernenergie. Die Herausforderung liegt nun in einer Wende hin zu einem größeren Anteil erneuerbarer Energien. Die effiziente Nutzung von Wind- und Sonnenenergie erhält damit noch höhere Bedeutung. Wissenschaftler des IPHT haben zusammen mit Kollegen des Max-Planck Instituts für die Physik des Lichts (MPL) in Erlangen jetzt ein neues Herstellungskonzept für Solarzellen vorgestellt.


Photolumineszenz der Nanodrähte unter UV-Licht
Döring/IPHT


Nanodraht-Rasen unter dem Rasterelektronenmikroskop
Hoffmann/IPHT

Auf einer Siliziumscheibe werden durch einfache Chemie im Becherglas Nanodrähte erzeugt. Glänzt so ein Wafer normalerweise bläulich und reflektiert wie ein Spiegel, erscheint er nach dem Verfahren dunkel-matt wie Samt. Betrachtet man die Siliziumscheibe unter einer UV-Lampe, leuchten die hergestellten Nanostrukturen rot auf. „Hierin liegt der Schlüssel für zukünftige hocheffiziente und kostengünstige Solarzellen“, berichtet der Diplom-Physiker Björn Hoffmann. Zusammen mit seinen Kollegen aus der Forschungsabteilung Halbleiter-Nanostrukturen des IPHT, geleitet von Frau Dr. Silke Christiansen, arbeitet er an der Herstellung und Charakterisierung der Nanodrähte sowie ihrer Integration in anwendbare Solarzellen.

Der Durchmesser eines Drahtes entspricht etwa dem 10.000sten Teil der Dicke eines menschlichen Haares. Licht im Wellenlängenbereich von 300 bis 1100 nm wird zu 90 Prozent von solch einer Schicht aus Nanodrähten absorbiert. „Die dünnen Drähte sind ideale Lichtfallen. Einmal in ihnen gefangen, kann das Licht nicht wieder heraus“, erklärt Hoffmann. Der Herstellungsprozess ist sehr einfach, effektiv und kostengünstig. Er erfolgt in zwei Schritten. Als erstes werden aus einer Lösung Silber-Nanopartikel auf der Oberfläche des Wafers aus Silizium abgeschieden. Dann erfolgt das nasschemische Ätzen der Nanostrukturen mit einem Wasserstoffperoxid-Flusssäure-Gemisch. Die Silber-Nanopartikel sinken dabei in das Silizium. Es entstehen so unendlich viele Drähte, die den Wafer aufgrund der hohen Absorption des sichtbaren Lichts schwarz erscheinen lassen.

Die für eine Solarzelle notwendigen Kontakte und Isolationsschichten zur Ladungstrennung werden in weiteren Schritten auf die Nanodrähte aufgebracht. In einem geeigneten Aufbau aus diversen leitfähigen und isolierenden Schichten kann das eingefangene Licht in elektrische Energie umgewandelt werden. Die Gesamteffizienz so einer Nanodraht-Solarzelle liegt momentan bei 9,1 Prozent. Dieser Wert ist einer der weltweit höchsten, der mit Dünnschicht-Silizium erreicht wurde. Herkömmliche Solarzellen (Siliziumwaferzellen) die derzeit die Landschaft auf heimischen Dächern prägen, erreichen ein Wirkungsgrad von mehr als 18 Prozent. Allerdings erfordert die Herstellung solcher Waferzellen selbst einen hohen Energie- und Materialeinsatz. Hier sollen die Nanodraht-Solarzellen nach weiterer Entwicklung deutlich kostengünstiger sein.

Die Wissenschaftler wollen nun mit Hilfe von Industriepartnern ihr Konzept in einen industriellen Herstellungsprozess übertragen. Angedacht ist die Produktion zum Beispiel auf Glas oder Folien. Letzteres würde eine Herstellung ähnlich des Prozesses des Zeitungsdruckens ermöglichen. Darüberhinaus soll das Material weiter optimiert werden, so dass die Effizienz auf über 15 Prozent gesteigert werden kann.

Im open-access InTech Verlag erschien dieser Tage das Buch „Nanowires - Fundamental Research“. In einem Kapitel beschreibt die IPHT/MPL Forschungsgruppe ihre Ergebnisse und die Vorteile des Verfahrens gegenüber anderen Herstellungsverfahren. Das Buch soll zur Förderung dieser Technologie beitragen. Zeigt es doch, dass sie das Potential besitzt Herausforderungen wie die Energiewende erfolgreich anzugehen.

Darüberhinaus wurde das Team mit dem dritten Platz im Last-Minute Demonstrator Award des Excellence Clusters‚ Engineering of Advanced Materials der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg ausgezeichnet. In mehr als 90 Projekten arbeiten über 200 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler. In acht Disziplinen entlang der Wertschöpfungskette vom Molekül bis zum Material tragen sie Ergebnisse zusammen und kooperieren dabei auch mit außeruniversitären Forschungseinrichtungen und ausgewählten Industriepartnern.

Link zum Buchkapitel:
http://www.intechopen.com/articles/show/title/wet-chemically-etched-silicon-nanowire-architectures-formation-and-properties
Ihr Ansprechpartner:
Dr. Vladimir Sivakov
Abteilung Halbleiter-Nanostrukturen
Telefon +49 (0) 3641 206-440
Telefax +49 (0) 3641 206-499
vladimir.sivakov@ipht-jena.de

Manuela Meuters | IPHT
Weitere Informationen:
http://www.ipht-jena.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Quantenmechanik ist komplex genug – vorerst …
21.04.2017 | Universität Wien

nachricht Tief im Inneren von M87
20.04.2017 | Max-Planck-Institut für Radioastronomie

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Physik Astronomie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Löschbare Tinte für den 3-D-Druck

Im 3-D-Druckverfahren durch Direktes Laserschreiben können Mikrometer-große Strukturen mit genau definierten Eigenschaften geschrieben werden. Forscher des Karlsruher Institus für Technologie (KIT) haben ein Verfahren entwickelt, durch das sich die 3-D-Tinte für die Drucker wieder ‚wegwischen‘ lässt. Die bis zu hundert Nanometer kleinen Strukturen lassen sich dadurch wiederholt auflösen und neu schreiben - ein Nanometer entspricht einem millionstel Millimeter. Die Entwicklung eröffnet der 3-D-Fertigungstechnik vielfältige neue Anwendungen, zum Beispiel in der Biologie oder Materialentwicklung.

Beim Direkten Laserschreiben erzeugt ein computergesteuerter, fokussierter Laserstrahl in einem Fotolack wie ein Stift die Struktur. „Eine Tinte zu entwickeln,...

Im Focus: Leichtbau serientauglich machen

Immer mehr Autobauer setzen auf Karosserieteile aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK). Dennoch müssen Fertigungs- und Reparaturkosten weiter gesenkt werden, um CFK kostengünstig nutzbar zu machen. Das Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) hat daher zusammen mit der Volkswagen AG und fünf weiteren Partnern im Projekt HolQueSt 3D Laserprozesse zum automatisierten Besäumen, Bohren und Reparieren von dreidimensionalen Bauteilen entwickelt.

Automatisiert ablaufende Bearbeitungsprozesse sind die Grundlage, um CFK-Bauteile endgültig in die Serienproduktion zu bringen. Ausgerichtet an einem...

Im Focus: Making lightweight construction suitable for series production

More and more automobile companies are focusing on body parts made of carbon fiber reinforced plastics (CFRP). However, manufacturing and repair costs must be further reduced in order to make CFRP more economical in use. Together with the Volkswagen AG and five other partners in the project HolQueSt 3D, the Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) has developed laser processes for the automatic trimming, drilling and repair of three-dimensional components.

Automated manufacturing processes are the basis for ultimately establishing the series production of CFRP components. In the project HolQueSt 3D, the LZH has...

Im Focus: Wonder material? Novel nanotube structure strengthens thin films for flexible electronics

Reflecting the structure of composites found in nature and the ancient world, researchers at the University of Illinois at Urbana-Champaign have synthesized thin carbon nanotube (CNT) textiles that exhibit both high electrical conductivity and a level of toughness that is about fifty times higher than copper films, currently used in electronics.

"The structural robustness of thin metal films has significant importance for the reliable operation of smart skin and flexible electronics including...

Im Focus: Immunzellen helfen bei elektrischer Reizleitung im Herzen

Erstmals elektrische Kopplung von Muskelzellen und Makrophagen im Herzen nachgewiesen / Erkenntnisse könnten neue Therapieansätze bei Herzinfarkt und Herzrhythmus-Störungen ermöglichen / Publikation am 20. April 2017 in Cell

Makrophagen, auch Fresszellen genannt, sind Teil des Immunsystems und spielen eine wesentliche Rolle in der Abwehr von Krankheitserregern und bei der...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Forschungsexpedition „Meere und Ozeane“ mit dem Ausstellungsschiff MS Wissenschaft

24.04.2017 | Veranstaltungen

3. Bionik-Kongress Baden-Württemberg

24.04.2017 | Veranstaltungen

Smart-Data-Forschung auf dem Weg in die wirtschaftliche Praxis

21.04.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Phoenix Contact übernimmt Spezialisten für Netzleittechnik

24.04.2017 | Unternehmensmeldung

Phoenix Contact beteiligt sich an Berliner Start-up Unternehmen für Energiemanagement

24.04.2017 | Unternehmensmeldung

Phoenix Contact übernimmt Spezialisten für industrielle Kommunikationstechnik

24.04.2017 | Unternehmensmeldung