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Höherer Wirkungsgrad bei Solarzellen Solarzellen aus schwarzem Silizium

| Redakteur: Wolfgang Ernhofer

Drei Viertel der Sonnenenergie wandeln Solarzellen in elektrische Energie um – die Infrarotstrahlung dagegen, also die Wärmestrahlung, geht ungenutzt verloren. Anders bei Solarzellen aus Schwarzem Silizium: Sie nutzen auch diesen Teil des Sonnenspektrums. Forscher konnten den Wirkungsgrad dieser Zellen nun verdoppeln.

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Schwarzes Silizium wird mit dem Laser bestrahlt. Kleines Foto Schwarzes Silizium in der Vergrößerung.
Schwarzes Silizium wird mit dem Laser bestrahlt. Kleines Foto Schwarzes Silizium in der Vergrößerung.
(Bild: Fraunhofer)

Goslar – Die Sonne strahlt vom tiefblauen Himmel – und die Solarzellen auf den Dächern verwandeln diese Energie in Strom. Allerdings nur zum Teil: Mit der Infrarotstrahlung im Sonnenlicht, die rund ein Viertel des Spektrums ausmacht, können die Zellen nichts anfangen. Diese Wärmestrahlung geht ungenutzt verloren.

Eine Alternative bietet Schwarzes Silizium: Es nutzt das komplette Sonnenlicht und wandelt auch die Infrarotstrahlung nahezu vollständig um. Doch was verbirgt sich hinter diesem Material? »Schwarzes Silizium erhält man, indem man übliches Silizium unter Schwefelatmosphäre mit einem Femtosekundenlaser bestrahlt«, sagt Dr. Stefan Kontermann, Gruppenleiter der Fraunhofer-Projektgruppe Faseroptische Sensorsysteme des Fraunhofer-Instituts für Nachrichtentechnik, Heinrich-Hertz-Institut HHI.

»Die Oberfläche wird aufgeraut, einzelne Schwefelatome in das Siliziumgitter eingebaut und das Material erscheint schwarz.« Würde man Solarzellen mit diesem Schwarzen Silizium ausstatten, wäre ihr Wirkungsgrad deutlich höher, da sie das gesamte Sonnenspektrum nutzen.

Den Forschern am HHI ist es nun gelungen, den Wirkungsgrad von Solarzellen aus Schwarzem Silizium zu verdoppeln – also mehr Strom aus dem infraroten Teil des Sonnenlichts zu produzieren. »Das haben wir erreicht, indem wir die Pulsform des Lasers verändert haben, mit dem wir das Silizium bestrahlen«, sagt Kontermann.

Preisgekröntes Projekt

Das Projekt »Maßgeschneiderte Lichtpulse« gehört zu den diesjährigen Preisträgern im Wettbewerb »365 Orte im Land der Ideen«.

Prototypen der Schwarzen Silizium-Solarzellen konnten die Forscher bereits herstellen. In einem nächsten Schritt wollen sie diese Zellen mit der kommerziellen Technologie vereinen. »Wir hoffen, den Wirkungsgrad kommerzieller Solarzellen, der momentan bei etwa 17 Prozent liegt, um ein Prozent erhöhen zu können, indem wir sie mit Schwarzem Silizium kombinieren«, sagt Kontermann.

Ausgangspunkt soll eine handelsübliche Solarzelle sein, von der die Experten die Rückseite entfernen und teilweise mit Schwarzem Silizium beschreiben – somit entsteht eine Tandem-Solarzelle, die normales und Schwarzes Silizium enthält. Weiterhin planen die Wissenschaftler eine Ausgründung: In dieser Firma wollen sie die Laseranlage vermarkten, mit der Hersteller ihre bestehenden Solarzellenlinien erweitern können. Diese wären dann in der Lage, das Schwarze Silizium selbst zu produzieren und serienmäßig in die Zellen einzubauen.

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