Forschung: effizientere PV-Zellen durch nanostrukturierte Oberflächen

Dübendorf, Schweiz - Forschern der Eidgenössischen Materialprüfungs- und Forschungsanstalt (Empa) in der Schweiz ist es gelungen, winzige Polystyrol-Kügelchen als eine Art Gerüst zu nutzen, um dreidimensionale Strukturen von halbleitenden Zinkoxid-Nanodrähten auf Oberflächen zu erzeugen. Nach Angaben der Forschungseinrichtung sind die Forscher überzeugt, dass sich die so entstandenen regelmäßig «rauen» Oberflächen für viele elektronische und optoelektronische Anwendungen eigneten, wie z.B. für die Entwicklung effizienterer PV-Zellen.

Das Prinzip ist einfach, so die Forschungseinrichtung: Kügelchen aus Polystyrol von wenigen Mikrometern Durchmesser werden zunächst auf eine leitfähige Schicht aufgebracht und ordnen sich dort in regelmäßigen Mustern. Leitfähigkeit und elektrolytische Eigenschaften der Polystyrol-Kügelchen werden anschließend so variiert, dass sich Zinkoxid auf der Oberfläche der Kügelchen ablagert und mit der Zeit gleichmäßige Nanodrähte darauf wachsen. Sobald die «Stacheln» gezüchtet sind, wird das Polystyrol zerstört. Übrig bleiben sphärische Gebilde, die aussehen wie Seeigel und innen hohl sind. Auf der Oberfläche dicht gepackt, verleihen die «Seeigel» der Schicht eine dreidimensionale Struktur; ihre Fläche hat sich um ein Mehrfaches vergrößert, so die Forschungsanstalt.

Die nanostrukturierte Oberfläche eigne sich vor allem für PV-Anwendungen. Die Forscher erwarten, dass die Oberfläche ausgezeichnete Lichtstreuungseigenschaften besitzt, deshalb deutlich mehr Sonnenlicht absorbiert und Strahlungsenergie effizienter umwandeln kann. In einem vom Bundesamt für Energie (BFE) geförderten Projekt sollen nur extrem dünne Absorber (Extreme Thin Absorber, ETA) für Solarzellen auf der Basis von Zinkoxid-Nanostrukturen entwickelt werden.

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