Bemühungen für eine sonnige Zukunft
Die Photovoltaik (PV) ist eine Methode zur Stromerzeugung mithilfe der Umwandlung von Sonnenstrahlung in Gleichstrom. Solarzellen auf Silizium-Bulk-Grundlage sind der aktuelle Marktführer im Bereich der PV, dünnere Zellen auf Grundlage von ungiftigem, luftbeständigem Silizium könnten sie jedoch ersetzen. Diese Prognose wird durch das hohe kostenreduzierende Potenzial dieser Zellen gefördert, das auf der hocheffizienten Verwertung der Werkstoffe bei geringem Energiebedarf gründet. Dünnschichtsilizium leidet jedoch unter damit zusammenhängenden kleinen Kristallen, die den Effizienzgrad auf ungefähr 10 % beschränken. Um dieses Problem zu umgehen, ist radikale Innovation erforderlich. Das EU-finanzierte Projekt "All-inorganic nano-rod based thin-film solar cells on glass" (ROD-SOL) wendet sich an die Nanotechnologie, um den Wirkungsgrad drastisch zu steigern. Erreicht wird dies durch die Entwicklung und Optimierung der Synthese von Silizium-Nanostäbchen auf günstigeren Substraten wie Glas- oder Metallfolien. Diese Nanostäbchen sind im Prinzip winzige Siliziumsäulen, deren Durchmesser in Nanometern gemessen wird (ein Nanometer entspricht einem Milliardstel Meter). Diese winzigen Strukturen eignen sich perfekt, um Lichtenergie einzusperren, so dass diese in Strom umgewandelt werden kann. Das ROD-SOL-Projektteam sucht gerade die geeignetste Dicke der Nanostäbchen, da deren Effizienz von ihrem Durchmesser abhängt. Mithilfe von Simulationen und Versuchen fand man den optimalen Nanostäbchen-Durchmesser sowie die optimale Konzentration des Dotierungsstoffs (eines Elements, das hinzugefügt wird, um die elektrischen Eigenschaften zu verändern) für den höchsten Wirkungsgrad der Solarzellen. Außerdem fand man die meistversprechende Synthesemethode für hohe Wirkungsgrade und optimale Herstellbarkeit in großem Stil. Man führte eine Analyse der Dünnschicht-PV-Technologien sowie Benchmarking für das ROD-SOL-Konzept in Bezug auf andere Dünnschichttechnologien durch. Ebenso erfolgte eine Validierung des Solarzellenmaterials aus Nanostäbchen. Mittlerweile hat das Projektteam die ersten Dünnschichtgeräte hergestellt. Es ist noch zusätzliche Forschung vonnöten, um die Prozesse hochzuskalieren und die Materialeigenschaften zu verbessern, sodass der selbe Wirkungsgrad der erfolgreichsten, aktuell verfügbaren Alternativen erreicht werden kann. Sobald diese neuen Werkstoffe und Prozesse entwickelt sind, werden sie von Unternehmen getestet, die an dem Projekt ROD-SOL beteiligt sind. Anschließend werden Analysen und Bewertungen erfolgen, die sich mit der Massenproduktion mit hohem Wirkungsgrad beschäftigen.
