Solarsuperzellen

Photovoltaikmodule werden immer besser – der technische Fortschritt macht's möglich.

Günstiger als mit Sonne lässt sich Strom nicht erzeugen. An guten Standorten entstehen Solar-Kraftwerke, die klimafreundlichen Strom für weniger als 2 Cent pro Kilowattstunde liefern werden. Solarzellen auf Basis von kristallinem Silizium machen dies mit Wirkungsgraden bis zu 23 Prozent möglich und halten einen Weltmarktanteil von etwa 95 %.

Mit noch höheren Wirkungsgraden (jenseits von 26 %) könnte es noch besser werden. Dieses Ziel verfolgt eine Arbeitsgruppe vom Forschungszentrum Jülich mit einem nanostrukturierten, durchsichtigen Material für die Vorderseite von Solarzellen und einem ausgeklügelten Design.

Solarzellen konnten in den letzten Jahrzehnten stets verbessert werden und haben schon jetzt einen sehr hohen Entwicklungsstand erreicht. Doch noch immer tritt nach der photovoltaischen Erzeugung von elektrischen Ladungsträgern der Effekt der Rekombination auf. Dabei vereinen sich negative und positive Ladungsträger und löschen einander aus, bevor sie für den Fluss von Strom genutzt werden können. Dagegen helfen spezielle Materialien, die die Eigenschaft der sogenannten Passivierung aufweisen.

„Unsere nanostrukturierten Schichten bieten genau diese gewünschte Passivierung“, sagt Malte Köhler vom Jülicher Institut für Energie- und Klimaforschung. Die hauchdünnen Schichten sind transparent und zeigen eine hohe elektrische Leitfähigkeit. „Kein anderer Entwicklungsansatz vereint bisher diese drei Eigenschaften – Passivierung, Transparenz, Leitfähigkeit – so gut wie unser neues Design“, so Kaining Ding, Leiter der Jülicher Arbeitsgruppe.

Die Jülicher TPC-Solarzelle („Transparent Passivating Contact“) erreichte im Labor schon einen  Wirkungsgrad von 23,99 Prozent. Simulationen haben gezeigt, dass mit der TPC-Technologie Wirkungsgrade von mehr als 26 Prozent möglich sind.

„Zudem haben wir bei der Fertigung nur Verfahren angewendet, die sich relativ schnell in eine Serienproduktion integrieren lassen“, betont Ding. Mit dieser Strategie ermöglichen die Jülicher Forscher, dass ihre Entwicklung aus dem Labor ohne großen Aufwand in die industrielle Fertigung übernommen werden kann.

In weiteren Schritten will die Arbeitsgruppe um Kaining Ding die Stromausbeute ihrer TPC-Solarzellen weiter optimieren. „Wir rechnen auch mit einem großen Interesse der Solarzell-Hersteller an unserer Technologie“, sagt Ding. Die Zukunft gehört der Photovoltaik!

https://www.fz-juelich.de/portal/DE/Institute/InstitutEnergieundKlima/_node.html