Forschungszentrum Jülich - Jahresbericht 2012

Jahresbericht 2012 | Forschungszentrum Jülich 21 E nde 2012 kostete die Erzeugung einer Kilowattstunde Solarstrom bereits unter 20 Cent und da- mit weniger, als Haushalte durch- schnittlich für diese Strommenge be- zahlen. Um die Kosten weiter zu senken, arbeiten Forscher weltweit daran, Mate- rial und Energie bei der Solarzellenpro- duktion einzusparen und die Stromaus- beute zu verbessern. Dabei verfolgen sie verschiedene Konzepte, darunter Dünnschicht- und Wafer-Solarzellen. Wissenschaftler vom Jülicher Institut für Energie- und Klimaforschung konnten im letzten Jahr zeigen, dass beide Zell- typen von einem innovativen Material profitieren. Dabei handelt es sich um eine Mi- schung aus mikrokristallinem Silizium und amorphem Siliziumoxid. Mikrokris- talline Stoffe bestehen aus winzigen Kristallen, in denen die Atome regelmä- ßig angeordnet sind, während es in amorphen Materialien keine regelmäßi- ge Struktur gibt. „Nach unseren Unter- suchungen enthalten Schichten der Ma- terialmischung so etwas wie Kanäle aus mikrokristallinem Silizium, die den Strom leiten, während das amorphe Sili- ziumoxid für die hohe Lichtdurchlässig- keit der Schichten verantwortlich ist“, sagt der Jülicher Photovoltaik-Experte Dr. Friedhelm Finger. Silizium-Siliziumoxid-Mischungen können im Zwischenreflektor und in denjenigen halbleitenden Schichten ei- ner Dünnschicht-Solarzelle eingesetzt werden, in denen geringste Mengen Fremdatome wie Bor oder Phosphor die Zahl der beweglichen elektrischen La- dungsträger erhöhen. Diese sogenann- ten dotierten Schichten umschließen wie ein Sandwich eine halbleitende Schicht ohne Fremdatome. Und je mehr Licht sie auf diese mittlere Schicht durchlassen, desto besser. Die Jülicher Forscher haben nachgewiesen, dass sich in dieser Hinsicht das innovative Material vorteilhaft auswirkt. Sie haben außerdem mehrere Dutzend Dünn- schicht-Solarzellen mit dem Material ge- fertigt und deren stabilen Wirkungsgrad bestimmt – ein Maß dafür, wie effektiv eine Zelle im Dauerbetrieb Licht in Strom umwandelt. Mit einem Wert von 11,8 Prozent schnitten diese Solarzellen deutlich besser ab als baugleiche Jüli- cher Zellen ohne das neue Material oder als kommerziell erhältliche Module, die höchstens 10 Prozent erreichen. Der Bau von Solarzellen mit kristalli- nen Silizium-Wafern erfordert zwar mehr Material und Energie als Dünn- schicht-Solarzellen, doch erzielen sie weitaus höhere Wirkungsgrade. Mit ei- ner speziellen Bauform, die Fachleute unter dem Kürzel HIT kennen (Hetero- junction with Intrinsic Thin Layer), er- reichten Jülicher Wissenschaftler 2012 einen maximalen Wirkungsgrad von 19 Prozent. Alle Kontaktschichten bestan- den dabei aus der innovativen Material- mischung. „Das zeigt das Potenzial der Siliziumoxid-Materialien“, betont Fin- gers Kollege Kaining Ding. Zumal noch längst nicht alle Möglichkeiten ausge- schöpft seien, den Wirkungsgrad zu steigern, etwa durch eine Texturierung der Wafer-Oberfläche. Das perfekte Material für viele Schichten in einer Solarzelle wäre elektrisch leitfähig wie Silizium und zugleich lichtdurchlässig wie Quarzglas. Jülicher Wissenschaftler bauen in ihre Hightech-Solarzellen eine Stoffmischung ein, die diesem Ideal besonders nahekommt. Smartes Material für Solarzellen Kaining Ding (links) mit dem Prototypen einer kleinen Wafer-Solarzelle, die Schichten aus einer innovativen Materialmischung enthält. Von diesem Material könnten künftig auch Dünnschicht-Solarmodule (im Vordergrund) profitieren. Institut

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