Forscher wollen Strom günstiger machen

Dazu werden die Photovoltaik-Wissenschaftler grundlegende Untersuchungen so genannter Grenzflächen vornehmen, also jener Fläche, mit der sich zwei verschiedene Stoffe gegeneinander abgrenzen. Gelingt es ihnen, die Grenzflächen auf mikroskopischer Skala zu analysieren und zu optimieren, wird dies Solarmodule deutlich verbessern.

„Das Volumen von Festkörpern wurde von Gott geschaffen, seine Oberfläche aber wurde vom Teufel gemacht.“ Dieser Gedanke von Wolfgang Pauli, der 1945 den Nobelpreis für Physik erhielt, beschreibt die Schwierigkeiten, der sich die beiden neuen Forschergruppen stellen. Insgesamt 14 Wissenschaftler werden die Eigenschaften von Materialverbünden gezielt analysieren und variieren. Mit hochentwickelten Halbleitermodellen, breitgefächerter Analytik und Präparation wollen sie so die physikalisch-chemischen Prozesse an Grenzflächen besser verstehen und für ihre Zwecke positiv beeinflussen. Die Forscher sind unter anderem den Ursachen der so genannten potenzialinduzierten Degradation (PID) auf der Spur.

Solarzellen können im Laufe ihrer Lebensdauer dem PID-Effekt unterliegen, bei dem so genannte Leckströme über die Jahre Leistungsverluste verursachen können. Ein Leckstrom ist ein elektrischer Strom, der über einen Pfad fließt, der zur Leitung von Strom gar nicht vorgesehen ist und als Verlust verbucht werden muss. Da bei Solarmodulen von einer Lebensdauer von über 25 Jahren ausgegangen wird, ist für Photovoltaikforscher das mikroskopische Verständnis und die Vermeidung des PID-Effektes ein überaus wichtiges Ziel.

Die beiden Forschergruppen befassen sich mit verschiedenen Typen von Solarzellen und auch unterschiedlichen Grenzflächen: die eine mit der Grenzfläche zwischen kristallinem und amorphem Silizium (c-Si/a-Si), die andere mit Siliziumnitrid und kristallinem Silizium (SiNx:H/c-Si). Dabei wenden die Wissenschaftler für die unterschiedlichen Schichtsysteme aber ähnliche Analysemethoden an, so dass sie bei ihren Forschungsarbeiten bedeutende Synergieeffekte erwarten. Im Projekt OptiSolar streben die Forscher an, den Wirkungsgrad von Dünnschichtsolarzellen mit a-Si-Heteroemittern zu erhöhen, die Eigenschaften von a-SiNx-Antireflexschichten und der Grenzfläche zum c-Si sowie Grenzflächenprobleme zwischen Glassubstrat und Zwischenschichten bei laserkristallisierten Silizium zu optimieren. Am Ende ihrer Forschungen könnten sowohl die potenziellen Degradationsmechanismen verstanden und vermieden als auch die Effizienz verbessert und damit die Kosten gesenkt werden.

Beide Forschergruppen werden von Professor Thomas Hannappel koordiniert, Stiftungsprofessor für Photovoltaik an der TU Ilmenau und wissenschaftlicher Leiter des Solarzentrums im CiS Forschungsinstitut, einem An-Institut der Universität. Das Thüringer Wirtschaftsministerium fördert ihre Arbeit mit knapp zwei Millionen Euro für die nächsten zwei Jahre. In den Forschergruppen werden die wissenschaftlichen Kompetenzen von vier renommierten Forschungseinrichtungen auf dem Gebiet siliziumbasierter Solarzellen gebündelt: der Technischen Universität Ilmenau, des CiS Forschungsinstituts für Mikrosensorik und Photovoltaik GmbH Erfurt, des Instituts für Photonische Technologien Jena und des Kompetenzzentrums Dünnschicht- und Nanotechnologie für Photovoltaik PVcomB des Helmholtz-Zentrums Berlin. Initiiert durch das Spitzencluster Solarvalley Mitteldeutschland, einen Verbund von zwölf Forschungseinrichtungen und 27 Solarfirmen aus Thüringen, Sachsen und Sachsen-Anhalt, strebt das länderübergreifende Netzwerk an, Solarstrom kostengünstiger und wettbewerbsfähig zu machen.

Kontakt:

Prof. Thomas Hannappel
TU Ilmenau, Stiftungsprofessur Photovoltaik
Telefon: 03677 / 69-2566
E-Mail: thomas.hannappel@tu-ilmenau.de