Die nächste Generation von gestapelten Solarzellen
Bei Dünnfilm-Solarmodulen wird das Silizium in Form einer etwa 3 μm dicken Schicht auf ein Substrat aufgebracht und muss nicht mit hoher Präzision aus teuren Wafern ausgeschnitten werden. Diese Dünnschicht-Silizium-Solarmodule bestehen aus zwei Schichten übereinander, die verschiedenen Fraktionen des Lichts absorbieren, und sind besonders effizient. Die höheren Wirkungsgrade erhöhen aber auch die Komplexität. Jede Schicht ist in mehrere Unterschichten aufgeteilt, die sich auf eine komplexe Art und Weise beeinflussen. Da diese Wechselwirkungen schwer vorherzusagen sind, basieren industrielle Dünnschicht-Silizium-Solarzellen auf bewährte Kombinationen von Komponenten und Substraten. Im EU-geförderten Projekt FAST TRACK(öffnet in neuem Fenster) (Accelerated development and prototyping of nano-technology-based high-efficiency thin-film silicon solar modules) vereinten Wissenschaftler ihr Know-how, um die bestmöglichen Komponenten zu kombinieren. Durch die Harmonisierung verschiedener Ansätze für Lichtmanagement und die Optimierung von Lichtabsorbermaterialien wurde eine neue Generation von Dünnschicht-Silizium-Solarmodulen mit einem Wirkungsgrad von 12% konstruiert. Die entsprechenden Kosten sollen unter 0,5 EUR pro Watt Nennleistung liegen. Um diese hohe Effizienz zu erreichen, experimentierten die Forscher mit verschiedenen Nanomaterialien und optischen Funktionsschichten, aber auch die gesamte Prozesskette wurde neu definiert. Sie konzentrierten sich auf die Verbesserung von Füllfaktor und Leerlaufspannung, um die endgültige Energieumwandlungseffizienz der Dünnschicht-Silizium-Solarmodule zu steigern. Sowohl die optischen als auch die elektronischen Eigenschaften der verschiedenen Schichten wurden durch Einsatz neuer Nanomaterialien wie etwa von nanokristallinem Siliziumoxid effektiv beeinflusst. Die feste Struktur dieses Mehrphasenmaterials zeigt größere Freiheitsgrade als reines Silizium. Die Oberflächenbedingungen der oberen und unteren Schichten wurden ebenfalls geprüft. Strukturen im Nanometerbereich halfen dabei, den Lichteinfang zu verbessern. Die Texturierung wurde mithilfe von Nanoprägung auf Glas und neuen Geräten für nasschemisches Ätzen von transparenten leitfähigen Zinkoxid-Schichten durchgeführt. Als Ergebnis der engen Zusammenarbeit zwischen Forschungs- und Industriepartnern führte das FAST TRACK-Projekt zur Verbesserung der Energieumwandlungseffizienz, während die Produktionskosten gesenkt wurden. Diese neusten Fortschritte für die Dünnschicht-Silizium-Technologie wurden bereits in der Produktion umgesetzt.
