Photovoltaik: Jülicher Forscher entwickeln flüssige Dünnschicht-Zelle

Jülich – Forscher vom Forschungszentrum Jülich sind bei der Entwicklung der nächsten Generation von Photovoltaik-Modulen auf Basis der Dünnschicht-Technik einen entscheidenden Schritt vorangekommen. Die Zelle ist deutlich effizienter als vergleichbare Zellen. Die neuartige Zelle verspricht zudem Kosteneinsparungen.

Kooperationspartner der Jülicher Forscher ist die Firma Evonik, die ihr Know-how als Anbieter von Spezialchemie in den Forschungsprozess eingebracht hat.

Einsatz von flüssigem Silizium neu in der Dünnschicht-Forschung

Im Rahmen der Kooperation ist es dem Forschungs-und Entwicklungsteam am vom Institut für Energie- und Klimaforschung – Photovoltaik (IEK-5) gelungen, eine Solarzelle zu entwickeln, die aus einem sehr dünnen Film einer flüssigen Silizium-Verbindung besteht. Bei dem Verfahren werden nicht wie sonst üblich massive Siliziumblöcke in dünne Scheiben zersägt. Stattdessen wird das Silizium als flüssige chemische Verbindung in Form eines einige hundert Nanometer dicken Films auf eine Glasscheibe aufgetragen und danach in eine feste Schicht mit halbleitenden Eigenschaften umgewandelt. Nach der Kontaktierung kann das Produkt als Solarzelle genutzt werden.

3,5 Prozent Wirkungsgrad mit Luft nach oben

Schwierigkeiten bereitete dem Forschungsteam anfangs aus dem flüssigen Silizium einen gleichmäßigen Film herzustellen. So kam es vor, dass der Film riss oder sich Löcher bildeten. Nach rund zwei Jahren Forschung lag die erste funktionierende Solarzelle vor. Weitere zwei Jahre später erlaubte die stark verbesserte Materialqualität erstmals einen Wirkungsgrad von 3,5 Prozent. "Damit konnten wir bisherige Ergebnisse anderer Forschergruppen um den Faktor sieben steigern. Dies zeigt, dass flüssig-prozessiertes Silizium ein viel höheres Potenzial hat als bisher angenommen", erklärt Bronger, das auch in der Fachzeitschrift "Advanced Energy Materials" veröffentlichte Ergebnis. Er schätzt, dass der Wirkungsgrad um mindestens weitere 2,5 Prozentpunkte gesteigert werden muss, damit sich der industrielle Einsatz lohnt. Damit erreicht das Verfahren allerdings nicht die Effizienz konventioneller Photovoltaik-Anlagen, die je nach Art der Solarzelle Wirkungsgrade zwischen 10 bis über 20 Prozent erreichen. Die Neuentwicklung eigne sich als kostengünstige Alternative daher insbesondere für Anwendungen, bei denen kein hoher Wirkungsgrad notwendig sei, so Dr. Torsten Bronger vom (IEK-5).

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