Ein Forscherteam am MIT entwickelt eine spezielle Oberflächenstrutktur für Silizium – invertierte Nanopyramiden – um Licht in Photovoltaik-Zellen effiziente in Strom verwandeln zu können und gleichzeitig am Trägermaterial zu sparen.

Die Preise für Photovoltaik-Anlagen sind im Sinkflug. Seit langem heißt es, dass die Netzparität bald erreicht werden wird. Der Begriff beschreibt die Kosten von selbstproduziertem Solarstrom pro kWh im Vergleich zu durchschnittlichem »Normalstrom« eines beliebigen Strom-Anbieters. Prognosen reichen von »Bereits unterschritten« bis zu »in wenigen Jahren«. Diese ungenaue Zeitspanne erklärt sich durch die unterschiedlichen benutzten Definitionen von Netzparität und ob und wie Förderungen wie die Einspeisevergütung in Deutschland in den Forschungsarbeiten mit einkalkuliert werden oder nicht.

Um diese Tendenz der Preisreduktion aufrecht zu erhalten, müssen im wesentlichen folgende Bedingungen erfüllt sein: eine ständig zunehmende Massenproduktion und eine laufende Weiterentwicklung und Optimierung des Produktes selbst. Obwohl sich die Hersteller von PV-Zellen im Augenblick in einer Konsolidierungsphase aufgrund von Produktions-Überkapazitäten befinden, sinken die Preise weiter.

Das Massachusetts Institute of Technology (MIT) hat vor kurzem eine Forschungsarbeit präsentiert, die eine weitere Möglichkeit aufzeigt, wie man durch spezielle Oberflächengestaltung einer Dünnschicht-Solarzelle die Effizienz der Energieaufnahme hoch halten kann und dabei gleichzeitig bedeutend weniger Silizium als Rohmaterial verbraucht.

Invertierte Nanopyramiden (Bild: MIT, Anastassios Mavrokefalos)Die im Fachmagazin “Nano Letters” publizierte Arbeit mit dem Titel “Efficient Light Trapping in Inverted Nanopyramid Thin Crystalline Silicon Membranes for Solar Cell Applications” (frei übersetzt: “Effizientes Auffangen von Licht in, mit invertierten Nanopyramiden versehenen, Dünnschicht-Siliziummembranen für Photovoltaik-Anwendungen”) beschreibt das Forscherteam, wie sie den Spagat zwischen der Minimierung des Verbrauchs von Silizium-Rohmaterial und einer Maximierung der Stromerzeugung spannen können. Sie haben einen Weg gefunden, wie sie die Dicke der Siliziumschicht um bis zu 90% reduzieren können, und gleichzeitig eine hohe Effizienz bei der Stromerzeugung gewährleisten. Dazu haben sie die Siliziumoberfläche mit am Kopf stehenden Pyramiden überzogen, deren Größe von weniger als einem millionstel Meter mit der Wellenlänge des aufgefangenen Lichts korrespondieren. Diese Oberflächenstruktur ermöglicht es, Licht genauso effektiv aufzufangen, als würde man eine geschlossene Siliziumoberfläche dafür benutzen, die aber mehr als 30 Mal so dick ist. Den Forschern ging es nach Aussage von Co-Autor Anastassios Mavrokefalos aber vor allem darum, die Leistung von Dünnschicht-PV-Modulen zu verbessern und weniger darum, die Produktionskosten zu senken.

Die Senkung der Produktionskosten könnte sich inzwischen aber zu einem Hauptargument für die rasche Umsetzung der Forschungsarbeit in der Praxis entwickeln, da die Integration dieser Technik laut den Forschern nur minimale Änderungen und Anpassungen am bestehenden Produktionsprozess nach sich ziehen würde.

Im Augenblick hat das Team am MIT ausschließlich die Oberflächenstruktur geschaffen und im Labor getestet. In einem nächsten Schritt sollen komplette, voll funktionsfähige Photovoltaik-Zellen als Prototypen gebaut werden. Anhand diesen möchten die Forscher zeigen, dass mit der Reduktion des verwendeten Siliziums sowie der Aufbringung invertierter Nanopyramiden vergleichbare Wirkungsgrade wie bei kommerziell verfügbaren Photovoltaik-Zellen erzielt werden können. Dieser sollte nach der Theorie bei etwa 20% liegen – verglichen mit 24% bei konventionellen, momentan verfügbaren Photovoltaikzellen.

2 Kommentare

  1. Der Beitrag ist sicher nicht nur ffcr die Leute aus dem Stimmkreis von MdB Karl sehr ierstnesant! So le4uft es: in Sonntagsreden die Ff6rderung regenerativer Energietre4ger preisen und dann wird abgestimmt. So sans halt

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