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 Gleichstrom für die Fabrik der Zukunft
06.12.2019 | Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA

nachricht Bis zu 30 Prozent mehr Kapazität für Lithium-Ionen-Akkus
05.12.2019 | Karlsruher Institut für Technologie

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: Das feine Gesicht der Antarktis

Eine neue Karte zeigt die unter dem Eis verborgenen Geländeformen so genau wie nie zuvor. Das erlaubt bessere Prognosen über die Zukunft der Gletscher und den Anstieg des Meeresspiegels

Wenn der Klimawandel die Gletscher der Antarktis immer rascher Richtung Meer fließen lässt, ist das keine gute Nachricht. Denn dadurch verlieren die gefrorenen...

Im Focus: Virenvermehrung in 3D

Vaccinia-Viren dienen als Impfstoff gegen menschliche Pockenerkrankungen und als Basis neuer Krebstherapien. Zwei Studien liefern jetzt faszinierende Einblicke in deren ungewöhnliche Vermehrungsstrategie auf atomarer Ebene.

Damit Viren sich vermehren können, benötigen sie in der Regel die Unterstützung der von ihnen befallenen Zellen. Nur in deren Zellkern finden sie die...

Im Focus: Virus multiplication in 3D

Vaccinia viruses serve as a vaccine against human smallpox and as the basis of new cancer therapies. Two studies now provide fascinating insights into their unusual propagation strategy at the atomic level.

For viruses to multiply, they usually need the support of the cells they infect. In many cases, only in their host’s nucleus can they find the machines,...

Im Focus: Cheers! Maxwell's electromagnetism extended to smaller scales

More than one hundred and fifty years have passed since the publication of James Clerk Maxwell's "A Dynamical Theory of the Electromagnetic Field" (1865). What would our lives be without this publication?

It is difficult to imagine, as this treatise revolutionized our fundamental understanding of electric fields, magnetic fields, and light. The twenty original...

Im Focus: Hochgeladenes Ion bahnt den Weg zu neuer Physik

In einer experimentell-theoretischen Gemeinschaftsarbeit hat am Heidelberger MPI für Kernphysik ein internationales Physiker-Team erstmals eine Orbitalkreuzung im hochgeladenen Ion Pr9+ nachgewiesen. Mittels einer Elektronenstrahl-Ionenfalle haben sie optische Spektren aufgenommen und anhand von Atomstrukturrechnungen analysiert. Ein hierfür erwarteter Übergang von nHz-Breite wurde identifiziert und seine Energie mit hoher Präzision bestimmt. Die Theorie sagt für diese „Uhrenlinie“ eine sehr große Empfindlichkeit auf neue Physik und zugleich eine extrem geringe Anfälligkeit gegenüber externen Störungen voraus, was sie zu einem einzigartigen Kandidaten zukünftiger Präzisionsstudien macht.

Laserspektroskopie neutraler Atome und einfach geladener Ionen hat während der vergangenen Jahrzehnte Dank einer Serie technologischer Fortschritte eine...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Analyse internationaler Finanzmärkte

10.12.2019 | Veranstaltungen

QURATOR 2020 – weltweit erste Konferenz für Kuratierungstechnologien

04.12.2019 | Veranstaltungen

Die Zukunft der Arbeit

03.12.2019 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Das feine Gesicht der Antarktis

13.12.2019 | Geowissenschaften

Leicht, stark und zäh: Forscher der Universität Bayreuth entdecken einzigartige Polymerfasern

13.12.2019 | Materialwissenschaften

Neu entdeckter Schalter steuert Zellteilung bei Bakterien

13.12.2019 | Biowissenschaften Chemie

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics