Die Effizienzbarriere bei Sonnenenergie durchbrechen
Solaranlagen mit Photovoltaikzellen, die aus der Energie der Sonne Strom produzieren, sieht man inzwischen auf vielen Dächern und in Solarparks in ganz Europa. Obwohl die Technologie in den letzten Jahren enorm weiterentwickelt wurde, bedarf es für eine wirklich flächendeckende Verbreitung eines Durchbruchs, der zu einem deutlich verbesserten Wirkungsgrad der Energieumwandlung und wesentlich geringeren Kosten führt. Eine der vielversprechendsten Möglichkeiten, die Effizienz zu verbessern, bietet der Einsatz von Multi-Junction-Solarzellen aus kaskadierten Materialien. An Grenzen stößt man dabei hinsichtlich der Anforderungen der passenden Kristallgitterstrukturen zwischen den genutzten Verbindungen. Wissenschaftler des EU-geförderten Projekts AMON-RA machten beeindruckende Fortschritte bei der Demonstration einer neuen Solarzellenarchitektur auf Basis von Halbleiternanodrähten. Selbstorganisation und Wachstumsprozess von Nanodraht sind relativ unempfindlich gegenüber der Variabilität des Abstands zwischen den Einheiten in einem Kristallgitter (gemessen nach der Gitterkonstante). Dies öffnet die Tür für den Einsatz einer Vielzahl von neuen Halbleitermaterialien mit mehreren Verbindungen mit unterschiedlichen Gitterkonstanten, die vorher nicht in Frage kamen. Auch eine einfache und kostengünstige Herstellung von Siliziumsubstraten wird dadurch möglich. Umfangreiche Modellierungen ermöglichten Simulationen von Nanodrahtsolarzellen und lieferten neue Erkenntnisse über den Mechanismus der Lichterfassung von Nanodraht-Arrays. Entwicklungen bei der Erzeugung von Nanodrähten, bei Prozesstechnik von Solarzellen sowie bei entsprechenden Messtechniken gipfelten in der Demonstration einer Photovoltaikzellenstruktur auf Nanodrahtbasis mit bemerkenswerter Effizienz. Dank der Fähigkeit, noch nie da gewesenen Mengen an Energie aus dem Sonnenspektrum zu nutzen, besitzt die Entwicklung und Optimierung der Nanodrahttechnologie für Photovoltaikzellen aus AMON-RA das Potenzial für Wirkungsgrade, die alles bisher dagewesen weit übertreffen. Eine preiswerte Fertigung auf Siliziumsubstraten würde außerdem die Fertigungs- und Investitionskosten reduzieren.
