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 Forscher studieren molekulare Konversion auf einer Zeitskala von wenigen Femtosekunden
19.10.2017 | Forschungsverbund Berlin e.V.

nachricht Gravitationswellen: Sternenglanz für Jenaer Forscher
19.10.2017 | Friedrich-Schiller-Universität Jena

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: Schmetterlingsflügel inspiriert Photovoltaik: Absorption lässt sich um bis zu 200 Prozent steigern

Sonnenlicht, das von Solarzellen reflektiert wird, geht als ungenutzte Energie verloren. Die Flügel des Schmetterlings „Gewöhnliche Rose“ (Pachliopta aristolochiae) zeichnen sich durch Nanostrukturen aus, kleinste Löcher, die Licht über ein breites Spektrum deutlich besser absorbieren als glatte Oberflächen. Forschern am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) ist es nun gelungen, diese Nanostrukturen auf Solarzellen zu übertragen und deren Licht-Absorptionsrate so um bis zu 200 Prozent zu steigern. Ihre Ergebnisse veröffentlichten die Wissenschaftler nun im Fachmagazin Science Advances. DOI: 10.1126/sciadv.1700232

„Der von uns untersuchte Schmetterling hat eine augenscheinliche Besonderheit: Er ist extrem dunkelschwarz. Das liegt daran, dass er für eine optimale...

Im Focus: Schnelle individualisierte Therapiewahl durch Sortierung von Biomolekülen und Zellen mit Licht

Im Blut zirkulierende Biomoleküle und Zellen sind Träger diagnostischer Information, deren Analyse hochwirksame, individuelle Therapien ermöglichen. Um diese Information zu erschließen, haben Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnik ILT ein Mikrochip-basiertes Diagnosegerät entwickelt: Der »AnaLighter« analysiert und sortiert klinisch relevante Biomoleküle und Zellen in einer Blutprobe mit Licht. Dadurch können Frühdiagnosen beispielsweise von Tumor- sowie Herz-Kreislauf-Erkrankungen gestellt und patientenindividuelle Therapien eingeleitet werden. Experten des Fraunhofer ILT stellen diese Technologie vom 13.–16. November auf der COMPAMED 2017 in Düsseldorf vor.

Der »AnaLighter« ist ein kompaktes Diagnosegerät zum Sortieren von Zellen und Biomolekülen. Sein technologischer Kern basiert auf einem optisch schaltbaren...

Im Focus: Neue Möglichkeiten für die Immuntherapie beim Lungenkrebs entdeckt

Eine gemeinsame Studie der Universität Bern und des Inselspitals Bern zeigt, dass spezielle Bindegewebszellen, die in normalen Blutgefässen die Wände abdichten, bei Lungenkrebs nicht mehr richtig funktionieren. Zusätzlich unterdrücken sie die immunologische Bekämpfung des Tumors. Die Resultate legen nahe, dass diese Zellen ein neues Ziel für die Immuntherapie gegen Lungenkarzinome sein könnten.

Lungenkarzinome sind die häufigste Krebsform weltweit. Jährlich werden 1.8 Millionen Neudiagnosen gestellt; und 2016 starben 1.6 Millionen Menschen an der...

Im Focus: Sicheres Bezahlen ohne Datenspur

Ob als Smartphone-App für die Fahrkarte im Nahverkehr, als Geldwertkarten für das Schwimmbad oder in Form einer Bonuskarte für den Supermarkt: Für viele gehören „elektronische Geldbörsen“ längst zum Alltag. Doch vielen Kunden ist nicht klar, dass sie mit der Nutzung dieser Angebote weitestgehend auf ihre Privatsphäre verzichten. Am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) entsteht ein sicheres und anonymes System, das gleichzeitig Alltagstauglichkeit verspricht. Es wird nun auf der Konferenz ACM CCS 2017 in den USA vorgestellt.

Es ist vor allem das fehlende Problembewusstsein, das den Informatiker Andy Rupp von der Arbeitsgruppe „Kryptographie und Sicherheit“ am KIT immer wieder...

Im Focus: Neutron star merger directly observed for the first time

University of Maryland researchers contribute to historic detection of gravitational waves and light created by event

On August 17, 2017, at 12:41:04 UTC, scientists made the first direct observation of a merger between two neutron stars--the dense, collapsed cores that remain...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Das Immunsystem in Extremsituationen

19.10.2017 | Veranstaltungen

Die jungen forschungsstarken Unis Europas tagen in Ulm - YERUN Tagung in Ulm

19.10.2017 | Veranstaltungen

Bauphysiktagung der TU Kaiserslautern befasst sich mit energieeffizienten Gebäuden

19.10.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Aufräumen? Nicht ohne Helfer

19.10.2017 | Biowissenschaften Chemie

Neue Biotinte für den Druck gewebeähnlicher Strukturen

19.10.2017 | Materialwissenschaften

Forscher studieren molekulare Konversion auf einer Zeitskala von wenigen Femtosekunden

19.10.2017 | Physik Astronomie