Großes Potenzial zur Kostensenkung
Die Solarzelle aus Silizium ist bislang Standard bei der direkten Gewinnung von elektrischem Strom aus Sonnenlicht. Der Weg vom hochreinen Silizium bis zum fertigen Solarmodul ist jedoch aufwändig. Deshalb setzen Physiker der Friedrich-Schiller-Universität Jena auf Dünnschicht-Solarzellen aus dem Halbleitermaterial Cadmium-Tellurid (CdTe), die schon jetzt das größte Potenzial zur Kostensenkung in der PV bieten.
Der Jenaer Physiker PD Dr. Heiner Metzner. Bild: A. Günther/FSU
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"Allerdings eröffnet diese Technologie weitere Möglichkeiten, den Solarstrom noch billiger zu machen", weiß PD Dr. Heiner Metzner, Gruppenleiter der Arbeitsgruppe Photovoltaik am Jenaer Institut für Festkörperphysik. Dies könne einerseits über eine Modifikation der Zellstruktur mit dünneren Schichten, also einer besseren Materialausnutzung geschehen. "Außerdem zeigen theoretische Überlegungen, dass der Wirkungsgrad möglicherweise noch kräftig erhöht werden kann", so der Physiker.
Elektrische Leitfähigkeit steigern
Hier setzt ein kürzlich am Institut für Festkörperphysik der Universität Jena begonnenes Forschungsprojekt an, in dem es darum geht, die Materialeigenschaften des CdTe in den Solarzellen so zu verändern, dass dessen elektrische Leitfähigkeit erheblich steigt. "Über eine Erhöhung der sogenannten p-Dotierung, also den gezielten Einbau geeigneter Fremdatome, könnte der Wirkungsgrad der Solarzelle erheblich verbessert werden", erklärt Metzner. Dann könnten theoretisch die im Labor erreichbaren Spitzenwirkungsgrade von derzeit 16 auf über 20 % gesteigert werden. "Wenn es dann noch gelingt, diese Ergebnisse in die industrielle Produktion zu übertragen, könnten die Modulwirkungsgrade von derzeit knapp 10 auf bis zu 15 % verbessert werden", ist sich Metzner sicher.
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Bei der Entwicklung eines modifizierten Materials spielt die Spektroskopie von Defekten eine bedeutende Rolle. Um die Mikrostruktur der Materialien zu untersuchen, können im Labor auf verschiedenen Wegen Fremdatome eingebracht werden. "Wir werden beispielsweise das CdTe-Material mithilfe unseres Teilchenbeschleunigers mit geeigneten Fremdatomen beschießen und genau die erzielten Effekte analysieren", erklärt Prof. Dr. Werner Wesch, Gruppenleiter der Jenaer Arbeitsgruppe Ionenstrahlphysik.
Das Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit (BMU) fördert das Projekt zu CdTe-Solarzellen am Institut für Festkörperphysik der Universität Jena. Die Gesamtfördersumme liegt bei knapp 1,8 Mio. Euro.
CdTe Solar Cells
The CdTe thin-film solar cell is a heterojunction between p-type CdTe and n-type CdS, in which the light enters from the CdS-side. Two contact films, one of them being transparent, allow light to enter and current to be drawn out. The whole system is deposited on a glass sheet by conventional, specially adapted vacuum processes. More information: www.solarpact.de
Kontakt:
Institut für Festkörperphysik der Friedrich-Schiller-Universität Jena, D-07743 Jena
Tel. +49 3641 947353,
heiner.metzner@uni-jena.de, www.physik.uni-jena.de
