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Wie ertragreich eine Solarzelle ist, hängt größtenteils von der Struktur der Kristallschichten ab.

„Sonnenenergie ist für mich eine der Energien der Zukunft“, meint Dr. Susanne Siebentritt, die sich seit vielen Jahren mit dem Thema auseinandersetzt. Eines ist für die Forscherin klar: „Entweder schaffen wir es, uns auf regenerative Energien umzustellen, oder die Gesellschaft, wie sie ist, hat keine Chance.“

An der Uni Luxemburg wird an der Weiterentwicklung von Dünnschicht-Solarzellen geforscht. Noch sind diese nicht ganz so gut wie die herkömmlichen Silizium-Zellen, doch das ist nur eine Frage der Zeit.

Einige entscheidende Vorteile bieten sie jetzt schon: Sie sind ungefähr 100x dünner als ihre, mit gerade mal 0.2 mm Dicke, fast klobig erscheinenden Vorgänger. Dies macht nicht nur die Handhabung sehr viel einfacher, sondern erlaubt auch bei der Herstellung große Einsparungen an Material, Energie und Kosten.

Bei Solarzellen sind Fehler erwünscht

Wie ertragreich eine Solarzelle ist, hängt größtenteils von der Struktur der Kristallschichten ab. Das Geheimnis sind Defekte, natürliche Fehler im Aufbau der Kristalle. „Ein perfekter Kristall kann nie eine Solarzelle werden. Man muss Störungen einbauen. Welche Störungen der Struktur vorteilhaft und welche nachteilig sind, ist allerdings noch nicht genau bekannt“, erklärt die Forscherin.

Ihr Team nimmt solche Defekte genauer unter die Lupe und steuert damit einen Meilenstein der Solartechnik an. Denn wenn es ihnen gelingt, die jeweiligen Defekte mit ihren Effekten in Verbindung zu bringen, können sie durch kontrolliertes Wachsen der Kristallschichten Solarzellen von bisher nie dagewesener Qualität produzieren.

Solarzellen aus CIS oder Kesterit?

Konkret forscht die Gruppe an CIS- und an Kesterit-Solarzellen, die aus verschiedenen Materialien hergestellt werden. Momentan sind CIS-Zellen noch ertragreicher, doch das zu ihrer Herstellung benötigte Element Indium ist relativ selten und teuer.

Kesterit ähnelt im Aufbau den CIS-Kristallen, hat aber den Vorteil, dass seine Grundelemente reichlich vorhanden und zudem nicht giftig sind. Die Luxemburger Kesterit-Zellen werden überdies immer besser und erzielen Wirkungsgrade, die in Europa und weltweit zu den besten gehören.

 

Autor: Liza Glesener
Illustrationen: Liza Glesener

Foto: ©Foto-Graf/Shotshop.com

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Solarzellen-„Backen“ an der Uni Luxemburg

Man nehme ein geritztes Stückchen Glasscheibe, mit Molybdän beschichtet, und bestreiche diese mit Chalcopyrit. Im Ofen bei 500°C erhitzen, bis die Schicht schön kristallisiert ist. Anschließend leicht versetzt zur Fensterscheiben-Ritzung einschneiden. Den Prozess mit Zink-Oxyd wiederholen, dann mit einer Glasschicht abdecken.

Für Dr. Susanne Siebentritt, Leiterin der photovoltaischen Abteilung der Universität Luxemburg, gehört das Solarzellen-„Backen“ zum Alltag. Ganz so einfach wie oben beschrieben, ist es allerdings nicht. Zum Aufbringen der verschiedenen Schichten bedarf es komplizierter Technologie und teurer Maschinen.  An der Uni Luxemburg nutzen zwei Stahlkolosse und eine kleinere Anlage drei verschiedene Methoden zur Bildung von Kristallschichten, dem wichtigsten Bestandteil der Solarzelle.

 

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