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Thin Si film based hybrid solar cells on low-cost substrates

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Strom durch die Sonne – zu einem Bruchteil der Kosten

Europäische Wissenschaftler arbeiten an einer neuen Solarzellentechnologie. Mit den kostengünstigen Werkstoffen und Verarbeitungsmethoden könnte die aktuelle Kostenbarriere überwunden werden, die dem weiträumigen Einsatz im Weg steht.

Energie

Es gibt nichts Nachhaltigeres als die Stromerzeugung durch die Energie der Sonne. Die Energie der Sonne ist praktisch unbegrenzt und die Stromerzeugung erfolgt, bei dafür günstigen Herstellungsverfahren, emissionsarm oder sogar emissionsfrei. Der Haken liegt gewissermaßen bei den Kosten und der Effizienz sowie vielleicht beim notwendigen Kompromiss zwischen beiden. Während ein drastischer Zuwachs an Photovoltaikanlagen (PV-Anlagen) auf dem Markt herrscht, sind umfangreiche Systeme für den Haushalt immer noch nicht kommerziell tragfähig. Der Schlüssel zu einer großflächigen Anwendung der Solarenergie liegt in neuen Technologien für einen höheren Wirkungsgrad der Energieumwandlung und niedrigere Produktionskosten. Die meisten PV-Anlagen basieren auf mono- oder polykristallinem Silizium (Si). Aufstrebende Technologien nutzen Dünnfilme, d. h. Werkstoffe verschiedener Arten, die auf einem Substrat wachsen. Europäische Wissenschaftler setzten sich die Entwicklung von Materialien und Prozessen zum Ziel, die eine kostenwirksame Produktion mit hohem Durchsatz von Dünnschichtsolarzellen ermöglichen. Mit dem EU-finanzierten Projekt "Thin Si film based hybrid solar cells on low-cost substrates" (Thinsi) entwickeln die Wissenschaftler Solarzellen mit Strukturen, die den Strukturen von konventionellen und klobigen, kristallinen Si-Wafern ähneln, aber mit einem kostengünstigen Si-Substrat statt eines Si-Wafers arbeiten. Das Substrat wird aus günstigen Werkstoffen mithilfe von modernsten keramischen Technologien (z. B. mit der Pulver-auf-Substrat-Abscheidung, bei der waferähnliche Gebilde entstehen) und mit günstigen Verfahren hergestellt, die vom Projektkonsortium entwickelt wurden. Zu Beginn lag der Fokus darauf, ein Si-Pulver zu gewinnen, das die gewünschte Reinheit, Kristallstruktur und Teilchengröße aufwies und somit im Spark Plasma Sinterverfahren (SPS-Verfahren) verwendet werden konnte. Durch die Optimierung des SPS-Verfahrens entstanden schließlich Si-Substrate von hoher Dichte und hoher Leitfähigkeit. Die Wissenschaftler führten zudem gründliche Untersuchungen zur Si-Lagenabscheidung auf den Substraten durch. Zurzeit werden die Eigenschaften solcher Lagen erforscht. Man entwickelte Referenzsolarzellen, sowohl auf kristallinen als auch auf Dünnschichtsubstraten und bewertete und verglich deren Wirksamkeit. Schließlich erstellte das Projekt ein Kostenmodell für eine Thinsi-Solarzelle auf Basis des geschätzten Wirkungsgrads der Sonnenenergieumwandlung. Thinsi geht davon aus, kostengünstige Werkstoffe sowie Herstellungsmethoden mit hohem Durchsatz für Dünnschichtsolarzellen zu entwickeln, mit denen die aktuelle Kostenbarriere überwunden werden kann, die einem weitläufigen Einsatz von Solarenergiesystemen im Wege steht.

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