Solarzellen mit ForMaT

12.08.2010: Die Sonne ist die ideale Energiequelle: Saubere und sichere Energie liefert sie in beinahe jeden Winkel der Erde und das noch für die kommenden rund fünf Milliarden Jahre. Allerdings lässt sich das schier unerschöpfliche Potenzial unseres Heimatsterns bislang nur zu einem sehr geringen Teil anzapfen. „Noch wandeln Solarzellen das Sonnenlicht nicht sehr effizient in Strom um und sind in der Herstellung zu teuer“, macht Prof. Dr. Andreas Tünnermann von der Friedrich-Schiller-Universität Jena deutlich. Um das zu ändern arbeitet der Direktor des Uni-Instituts für Angewandte Physik und des Fraunhofer Instituts für Angewandte Optik und Feinmechanik (IOF) gemeinsam mit Fachkollegen sowie Wirtschaftswissenschaftlern der Jenaer Universität jetzt an einem neuartigen Konzept zur kostengünstigen Herstellung hocheffizienter Solarzellen. Das interdisziplinäre Forschungsprojekt „Nano-SIS“ der Jenaer Wissenschaftler wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung im Rahmen des Programms „Forschung für den Markt im Team“ (ForMaT) in den kommenden zwei Jahren mit rund 1,7 Millionen Euro unterstützt.

„Wir kombinieren nanotechnologische Methoden zur Effizienzsteigerung von Solarzellen mit einem einfachen Zelldesign“, erläutert Projektkoordinator Tünnermann den neuen Jenaer Ansatz. Als Grundlage für ihre leistungsstarken Solarzellen nutzen die Physiker der Uni Jena nanostrukturiertes, sogenanntes schwarzes Silizium. „Mit Hilfe eines Trockenätzverfahrens lässt sich die Oberfläche von Siliziumwafern so strukturieren, dass sich ihre Oberfläche winkelunabhängig und über einen breiten Wellenlängenbereich entspiegeln lässt“, erläutert der Jenaer Physiker. „Dadurch wird die einfallende Strahlung des Sonnenspektrums zu einem viel geringeren Teil reflektiert, was eine deutlich höhere Energieausbeute verspricht“, so Tünnermann. Die nanostrukturierten Siliziumwafer beschichten die Jenaer Forscher anschließend mit einer dünnen Barriere- und einer darüber liegenden transparenten sowie leitfähigen Oxidschicht. Auf diese Weise entsteht eine „SIS“-Solarzelle (engl.: Semiconductor-Insulator-Semiconductor), die sich - dank industrieerprobter Sputterverfahren - besonders kostengünstig herstellen lässt.

Während einer ersten sechsmonatigen Screening-Phase des Projekts haben die Jenaer Forscher bereits eine ausführliche Marktanalyse vorgenommen und verschiedene Anwendungsoptionen ihres Konzeptes innerhalb der Photovoltaik, aber auch der Sensorik geprüft. „Wir wollen bereits bei der Entwicklung der neuen Technologie die Anforderungen potenzieller Anwender mit berücksichtigen“, erläutert Projektleiter Kevin Füchsel.

Die Forschungsarbeiten werden in Kooperation der Jenaer Lehrstühle für Angewandte Physik sowie Absatzwirtschaft, Marketing und Handel und dem IOF durchgeführt. Durch diese Zusammenarbeit bietet das ForMaT-Programm „eine hervorragende Grundlage, um eine schnelle industrielle Verwertung unseres Konzepts zu ermöglichen“, ist Prof. Tünnermann überzeugt.