Kosteneffektive, hocheffiziente Solarzellen
Siliciumbasierte (Si) Photovoltaikgeräte (PV) finden sich heutzutage auf Dächern und in Solaranlagen in ganz Europa wieder, einer breiten Implementierung stehen allerdings die Kosten und Einschränkungen bei der Effizienz im Weg. Das von der EU geförderte Projekt „Nanomaterials and nanotechnology for advanced photovoltaics“ (NANOPV) beschäftigte sich mit aktuellen Engpässen bei großflächigen Produktionsprozessen und mit dem Equipment, das zur Herstellung von Photovoltaikgeräten aus Nanomaterialien erforderlich ist. Das Konsortium untersucht eine Vielzahl derartiger Materialien, von nulldimensionalen Quantenpunkten, Nanokristallen und Nanopartikeln über 1D-Nanodrähte, Nanorohre bis hin zu ultraleichten 2D-Nanoschichten. Zusätzlich zu Entwicklungen für eine Verbesserung der Materialeffizienz gestalteten die Wissenschaftler kosteneffektive, großflächige Prozesse sowie Equipment zur Integrierung in bestehende Pilot- sowie industrielle Produktionslinien. Nanomaterialien können eine erhebliche Steigerung der Effizienz ermöglichen, da das elektromagnetische Spektrum, ein breiterer Bereich verfügbarer Wellenlängen, besser genutzt wird. Eine Energieumwandlungseffizienz von mehr als 20 % wurde für waferbasierte Si-Geräte und von mehr als 15 % für epitaktisch gewachsene Dünnschicht-Si-Solarzellen anvisiert. Die Wissenschaftler bewerteten ebenfalls kostengünstige Solarzellen, die ausschließlich aus Nanomaterialien hergestellt worden waren. Von den mehr als 50 getesteten Materialien wurde 9 in waferbasierte SI-Geräte und 11 in Dünnschicht-Si-Solarzellen integriert. In manchen Fällen konnte eine verbesserte Umwandlungseffizienz festgestellt werden. Es wurde eine Datenbank für die vielversprechendsten Alternativen erstellt, von denen verschiedene im Rahmen des Projekts für Optimierungen ausgewählt worden waren. Das Team optimierte bspw. die Fertigung von Solarzellen mit Si-Nanorohr-/-Nanodrahtstrukturen. Dies führte zur Entwicklung von Dünnschicht-Solarzellen mit einer hohen Effizienz (10 %), die kosteneffektiv in einem industriellen Maßstab hergestellt werden können. Die Integrierung Si-basierter Nanoschichten in Si-basierte Solarzellenstrukturen führte im Weiteren zu einer hohen Umwandlungseffizienz bei sowohl waferbasierten (> 20 %) als auch bei epitaktisch gewachsenen Dünnschicht-Architekturen (~ 15 %). Das NANOPV-Projekt demonstrierte die Machbarkeit hocheffizienter, kostengünstiger Photovoltaikgeräte unter Verwendung von Nanomaterialien. Das Projekt hat zur Entwicklung einer sicheren, kosteneffektiven und nachhaltigen Energieversorgung beigetragen, bei der Technologien verwendet werden, die die Wettbewerbsstellung der EU in einem zentralen Markt stärken werden, welcher vor einem entscheidenden Durchbruch steht.
Schlüsselbegriffe
Solarzellen, Silicium, Photovoltaik, Nanomaterialien, Nanodrähte, Nanorohre
