Effizientere flexible Dünnschichtsolarzellen mittels Lichtfalle
Das EU-finanzierte Projekt DIELECTRIC PV (Advanced light trapping with dielectric micro-particle self-assembled arrays for low-cost and high-performance thin film solar cells) entwickelte eine neue Technik, mit der Dünnschicht-Si-Solarzellen mehr Licht auffangen können, und die auf der periodischen Anordnung resonanter dielektrischer Mikropartikel (DMP) basiert. Schwerpunkt war die Entwicklung von Prototypenzellen, bei denen DMP-Arrays auf den transparenten oberen Kontakten platziert werden und Sonnenlicht damit effektiver in Strom umgewandelt wird. In einem Computermodell, das mittels FDTD-Software (finite difference time-domain) erstellt wurde, können die optimalen Bedingungen für optische photonische Elemente mit größtmöglichem Effekt ermittelt werden. Im Detail wurde auch untersucht, welche physikalischen Mechanismen der Elemente die Lichtabsorption bei Dünnschicht-Photovoltaik-(PV-)-Systemen wesentlich verstärken. Weiterhin befasste man sich mit photonischen Strukturen, die mit plasmonischen Metallnanopartikeln ausgerüstet sind, und demonstrierte, dass sie bei höherer Wellenlänge (Nahinfrarotbereich) die Lichtaufnahme verbessern. DIELECTRIC PV demonstrierte ein vielversprechendes, kostengünstiges und industriell kompatibles Konzept für Lichtfallen, mit dem die optische Absorption von Sonnenstrahlung bei allen dünnen Solarzellenmaterialien signifikant verstärkt werden kann, um die Effizienz zu erhöhen und die Dicke der Zellen zu verringern. PV-Systeme, die optisch dicker, aber physisch dünner sind, lassen sich auch kostengünstiger und schneller herstellen und sind flexibler, was für die industrielle Serienfertigung und bei biegbaren Substraten wie Papier und Polymeren entscheidend ist. Auf dieser Basis können neue verbraucherorientierte Produkte wie intelligente Solarverpackungen, tragbare PV- und Elektronikgeräte, PVs für Gebäudefassaden und solarbetriebenes Internet der Dinge entwickelt werden. Die von DIELECTRIC PV entwickelte bahnbrechende Technologie für Dünnschicht-Solarzellen kann die führende Rolle der europäischen PV-Branche stärken, indem neue kostengünstige Produkte für den globalen Markt produziert werden und gleichzeitig Investitionen und Arbeitsplätze in Europa gefördert werden.
Schlüsselbegriffe
Lichtfalle, photonische Solarzellen, Dünnfilm, Silizium, dielektrische Mikropartikel, DIELECTRIC PV
