Entwicklung von Solarzellen mit höchster Effizienz
Neuartige Nanoverbundwerkstoffe und -prozesse für Anwendungen von Solarzellen, die im Zuge des EU-geförderten Projektes SNAPSUN entwickelt wurden, versprechen einen Wirkungsgrad von über 25 %. Der Schlüssel zum Erfolg lag darin, die Größe der Silizium-Nanopartikel und die Aufteilung des Siliziums zu bestimmen sowie die potentiellen Matrixwerkstoffe, die verwendet werden können, zu erweitern. All dies ist wichtig für die Kontrolle der Energiebandabstände, die direkten Einfluss auf die spektrale Absorption und auf die Effizienz, mit der Solarenergie in Elektrizität umgewandelt wird, haben. Bis jetzt gab es keine passenden Prozesse und Werkstoffe. Um gleichzeitig die Anforderungen zu erfüllen und die Kosten zu senken, entwickelte das Team neue anpassbare Niedrigtemperatur-Herstellungsprozesse, die auf bereits bestehenden Beschichtungsverfahren aufbauen. Dadurch wurde eine industrielle Produktion von Silizium-Nanopartikeln ohne Beeinträchtigung ihrer Qualität oder Robustheit ermöglicht. Die Nanopartikel wurden in Host-Matrizes mit breiten Bandabständen verwendet, um höhere Effizienz für das Bandabstand-Engineering möglich zu machen. Mithilfe einer neuartigen tomografischen Methode, bei der mittels Elektronenmikroskop eine 3D-Visualisierung der SNAPSUN-Nanokomposite erstellt wird, erreichten die Forscher eine nanoskalige Auflösung und demonstrierten eine sehr hohe Dichte an Silizium-Nanopartikeln sowie eine enge Größenaufteilung. Durch SNAPSUN wurde eine großflächige Beschichtung mit Nanokompositen auf günstigen Untergründen, die teilweise auch biegsam waren, sowie eine Absorption von dünnen Schichten (weniger als 1 Mikrometer) zu über 85 % möglich. Vielversprechende vorläufige Ergebnisse konnten von Nanoverbundwerkstoffen, die in Solarzellen zum Konzeptnachweis verwendet wurden, gewonnen werden, was den Weg zur Optimierung und Vermarktung ebnet.
