Nanodrähte verbessern Solarzellenwirkungsgrad
Die Nutzung der Sonnenenergie zur Stromerzeugung ist in den Städten der ganzen Welt bereits Realität. Die Erhöhung des Umwandlungswirkungsgrads und/oder die Senkung der Photovoltaikkosten bleiben der Schwerpunkt intensiver Forschung und Entwicklung, um eine wirklich breite Markteinführung zu erreichen. Deshalb erkundeten EU-finanzierte Wissenschaftler im Kontext des Projekts "Solar cells based on nanowire arrays" (SOBONA) Nanodrähte wie auch weitere potenzielle effizienzsteigernde Materialien und Architekturen für topmoderne Bauelemente. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler untersuchten sowohl Nanodraht- als auch Dünnschicht-Photovoltaikstrukturen sowie Hybridarchitekturen. Sie konzentrierten sich auf den Einsatz von III-V- und II-VI-Verbindungshalbleiterlegierungen sowie organische Polymere. Nanodrahtsolarzellen mit den überlegenen photovoltaischen Eigenschaften der III-V- und II-VI-Legierungen zeigten vergleichbare Wirkungsgrade bei geringerem Materialverbrauch als bei Silizium und signifikanter Kostensenkung. Kern-Schale-Architekturen könnten den traditionellen Kompromiss zwischen optischen und elektrischen Leistungseigenschaften beseitigen. Das Team setzte mit Erfolg die Elektronenstrahlithographie, das Magnetron-Sputterverfahren und den Close-Space-Sublimations-Prozess ein, um Nanodrähte wachsen zu lassen. Man testete eine große Anzahl von Nanodrahtformulierungen auf Basis von III-V- und II-VI-Systemen, was in zahlreichen Publikationen resultierte. Das Team fertigte außerdem Hybridstrukturen, die Nanodrähte in bestehende Dünnschichtsysteme einbinden. Mehrere Bauelemente demonstrierten einen Lichtumwandlungswirkungsgrad von nahezu 10 %. Dieser Wert liegt in der Nähe des Weltrekords für Zellen auf Grundlage von Nanodraht. Die Herstellung und Charakterisierung von Nanodrahtarrays wurde durch theoretische Modelle zum Wachstumsverlauf gestützt, in denen experimentelle Resultate zum Einsatz kamen. Die gewaltige Menge an modellierten Materialien, Parametern und Strukturen bildet eine wichtige Grundlage zur Entwicklung zukünftiger Systeme. SOBONA hat somit eine Anzahl von vielversprechenden Solarzellenkonzepten auf Grundlage supermoderner Nanodrahtarrays geliefert. Auf diese Weise sollten die derzeit existenten Barrieren in Bezug auf den Solarzellenwirkungsgrad und die Kosten zu durchbrechen sein. Dabei verschafft diese Technologie nicht nur der Solarbranche einen echten Anschub, sondern leistet außerdem einen bedeutenden Beitrag für die Gesundheit unseres Planeten.
