Eine schlankere, günstigere Photovoltaik
Solarzellen, die auf kostenintensiven einkristallinen Silizium (Si)-wafern basieren, machen den Großteil der heutzutage verkauften Anlagen aus. Dünnfilm-Si-Solarzellen senken die Kosten erheblich, deren Effizienz ist jedoch durchschnittlich oder unterdurchschnittlich. Neue Technologien, die derzeit in den Startlöchern stehen, werden weitaus effizienter und kostengünstiger sein, um eine breit gefächerte Marktaufnahme zu unterstützen. Das Ziel des Projekts PHOTONVOLTAICS (Nanophotonics for ultra-thin crystalline silicon photovoltaics) bestand darin, die Entwicklung einer neuen Solarzellentechnik zu ermöglichen. Das Projekt beinhaltete eine Nanostrukturierung, welche die optischen Eigenschaften über die bestehenden Grenzen hinaus verbessern soll. Verschiedene Lithographietechniken, Nanopräge-, kolloidale Lochmasken- und Laserinterferenzlithographien wurden auf deren Eigenschaften hin untersucht, die speziellen Nanomuster mit photovoltaischem kristallinem Silizium (c-Si) zu integrieren. Es war weitaus weniger Si erforderlich. Hierdurch wurden mit den Lithographietechiken, die aufgrund deren kostengünstigen Potenzials ausgewählt worden waren, die Kosten reduziert. Als Projekt im Bereich aufstrebender Zukunftstechnologien wurden dem Projekt PHOTONVOLTAICS ehrgeizige Ziele gesetzt. Wissenschaftler zielten darauf ab, zu beweisen, dass ein Patterning im Nanomaßstab die standardmäßige unregelmäßige Strukturierung übertrifft und somit eine Lichtabsorption ermöglicht, welche die gemeinhin anerkannten Grenzen überwindet. Gleichzeitig strebten die Forscher die höchste jemals mit einer c-Si-Technik mit einer Dicke von weniger als 40 μm erzielte Kurzschlussstromsteigerung an. Hierfür war es erforderlich, über eine bloße Verbesserung der c-Si-Lichtabsorption hinaus zu gehen und dieses Licht in der Zelle elektrisch in effektive Stromstärke umzuwandeln, ohne die elektrischen Eigenschaften zu beeinträchtigen. Das Projekt führte zu der Entwicklung einer Reihe leistungsstarker Instrumente für eine realistische Modellierung von Solarzellen mit einer sehr hohen Strukturbandbreite. Es wurden ebenfalls Richtlinien für die effiziente Integration nanophotonischer Strukturen in Dünnfilm-c-Si-Solarzellen eingerichtet. Diese Technik wurde durch die Entwicklung ultradünner Zellen mit erhöhten Kurzschlussstromdichten ohne Einbußen deren elektrischer Eigenschaften demonstriert. Dies führte zu einer mehr als doppelt so hohen Energieumwandlungseffizienz. Ferner beurteilten Forscher die optischen und elektrischen Eigenschaften einer Vielzahl von Nanostrukturen, die unter Anwendung der drei Lithographietechniken erzeugt werden. Die Resultate ermöglichten Wissenschaftlern die Bestimmung der vielversprechendsten Bedingungen für eine Zellintegration. Die PHOTONVOLTAICS-Ergebnisse werden es der EU ermöglichen, im Bereich innovativer Technologien sowohl für allgemeine energie- als auch kostengünstige strukturierte Oberflächen eine weltweit führende Stellung einzunehmen.
Schlüsselbegriffe
Photovoltaik, Solarzelle, Lichteinfangung, Silizium, Dünnfilm, PHOTONVOLTAICS, Lithographie
