Suche

zur Hauptseite

Navigation und Service


Supermaterial für Solarzellen

Mikrokristallines Siliziumcarbid

Photovoltaik ist eine unerschöpfliche, saubere Energiequelle. Noch allerdings sind die Herstellungskosten für Solarzellen relativ hoch. Wirtschaftlicher könnten die glänzenden Stromerzeuger werden, wenn es gelingt, sie aus möglichst dünnen Schichten zu bauen. Dünnschicht-Solarzellen auf Basis eines Silizium-Materials, bei dem die atomaren Bausteine nicht in regelmäßigen Kristallgittern angeordnet sind, werden bereits produziert.

Speziell für die der Sonne zugewandte Fensterseite der Solarzellen ist kristallines Material besser geeignet. Einen besonders vielversprechenden Stoff hierfür entwickelt ein Team von Jülicher Wissenschaftlern. Am Institut für Energie- und Klimaforschung (IEK) stellen sie mikrokristallines Siliziumcarbid her – ein Material aus vielen kleinen Kristallen, die je zur Hälfte aus Silizium- und Kohlenstoffatomen bestehen.

Solarzelle: heißer DrahtEin heißer Draht glüht in dieser Kammer, in der gasförmiges Monomethyl-Silan zersetzt wird. Dabei entstehen Schichten von Siliziumcarbid mit Eigenschaften, die für Solarzellen besonders vorteilhaft sind.
Copyright: Forschungszentrum Jülich

Stabil, transparent und reflexionsarm

Mikrokristallines Siliziumcarbid bietet viele Vorteile: Ladungsträger sind darin gut beweglich, es ist äußerst stabil, und es ist transparent für den größten Teil des Sonnenlichts. Daher lässt sich dieses Material als ideale Fensterschicht für Dünnschichtsolarzellen verwenden. Die Fensterschicht ist die Seite, von der das Sonnenlicht auf eine Solarzelle trifft. Dabei verringert Siliziumcarbid auch noch die Reflektion des einfallenden Lichts. Diese "Entspiegelung" und die hohe Transparenz führen dazu, dass das ein größerer Teil des Sonnenlichts zur Gewinnung elektrischer Energie durch die Solarzelle beiträgt. Zur Herstellung des Materials nutzt man in Jülich die sogenannte Hot-Wire-Technik (hot wire = engl. "heißer Draht"). Damit lassen sich mikrokristalline Schichten hoher Qualität herstellen, die zwischen 10 und 60 Nanometer dick sind. Solarzellen mit einer solchen Fensterschicht erreichen bereits einen Wirkungsgrad von 9,6 Prozent.

Für die besonders effektiven Tandem-Solarzellen, wie sie in Jülich entwickelt werden, ist eine besondere Art von Siliziumcarbid erforderlich. Die Forscher können es erzeugen, indem sie Aluminium-Atome in das Material einbauen. Diese "Dotierung" erzeugt im Siliziumcarbid positive Ladungen, sogenannte Löcher. Verwendet wird dafür Trimethyl-Aluminium, wie es beispielsweise auch in der Leuchtdioden-Herstellung Verwendung findet.

Bei der Weiterentwicklung der Produktionsprozesse arbeitet das IEK mit dem Fraunhofer-Institut für Schicht- und Oberflächentechnik in Braunschweig zusammen. Mittels zahlreicher in Jülich verfügbarer Methoden analysieren die Forscher dann immer wieder, wie das Siliziumcarbid sich durch verschiedene Eingriffe verändert – damit das Material bald praxistauglich wird.


Servicemenü

Homepage