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Erneuerbare Energien

Neuartige Nanostruktur-Beschichtung für Solarzellen

| Redakteur: Rebecca Vogt

Forscher des Helmholtz-Zentrums Berlin (HZB) haben eine neue Beschichtung für Solarzellen entwickelt. Die inzwischen patentierte Lösung soll den Wirkungsgrad der Solarmodule erhöhen.

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Die Nanostruktur zum Lichteinfang wird auf Siliziumoxid (blau) eingeprägt und dann mit Titanoxid (grün) eingeebnet. So entsteht eine optisch raue, aber dennoch glatte Schicht.
Die Nanostruktur zum Lichteinfang wird auf Siliziumoxid (blau) eingeprägt und dann mit Titanoxid (grün) eingeebnet. So entsteht eine optisch raue, aber dennoch glatte Schicht.
(Bild: Helmholtz-Zentrum Berlin)

Sie sind preisgünstig und erreichen aktuell Wirkungsgrade von rund 14 %: Kristalline Dünnschicht-Solarzellen aus Silizium. Würden die glänzenden Oberflächen der Zellen weniger Licht reflektieren, könnte deren Leistungsfähigkeit ausgebaut werden. Am HZB haben Forscher nach einer Lösung für dieses Problem gesucht.

„Es reicht nicht aus, einfach mehr Licht in die Zelle zu bringen“, erklärt dazu Prof. Dr. Christiane Becker vom HZB. Solche Oberflächenstrukturen können den Wirkungsgrad im Endeffekt sogar verringern, da sie die elektronischen Eigenschaften des Materials verschlechtern. Der Ansatz der Berliner Forscher war, eine Struktur herzustellen, die sich optisch rau verhält und somit das Licht gut streuen kann. Gleichzeitig sollte diese Struktur jedoch eine glatte Oberfläche aufweisen, auf der die Siliziumschicht nahezu defektfrei aufwachsen kann.

Raue Optik, glatte Oberfläche

Ausgehend von dieser Vorgabe entwickelten die Forscher ein mehrstufiges Verfahren: Zunächst wird eine optimierte Nanostruktur auf eine noch flüssige Siliziumoxid-Vorläuferschicht gestempelt und anschließend ausgehärtet. Es handelt sich dabei um winzige, regelmäßig angeordnete, zylinderförmige Erhöhungen, die Licht einfangen und dieses in die Solarzelle leiten.

Die beschriebenen Strukturen wirken sich jedoch ungünstig auf die elektronische Materialqualität der Solarzelle aus, da die absorbierende Schicht aus kristallinem Silizium auf der rauen Oberfläche nicht fehlerfrei aufwachsen kann.

In einem weiteren Schritt wird daher von den Forschern eine sehr dünne Schicht aus Titanoxid aufgeschleudert. Auf diese Weise können die Vertiefungen zwischen den Zylindern ausgefüllt werden. Als Ergebnis erhält man eine relativ glatte Oberfläche, auf der das eigentliche Absorbermaterial gut aufgebracht werden kann.

Inzwischen wurde die Beschichtung, die den Namen „Smart“ (smooth anti-reflective three-dimensional texture) trägt, erfolgreich patentiert. Sie ist nach Angaben der Forscher in der Lage, Reflektionen zu verringern und mehr Licht in die absorbierende Siliziumschicht zu bringen – ohne deren elektronische Eigenschaften zu beeinträchtigen.

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