Wissenschaftspreis 2004 für Stapelsolarzellen aus Silizium

Mit seiner Arbeit „Stapelsolarzellen aus amorphem und mikrokristallinem Silizium – Prozess- und Modulentwicklung” ist Dr. Tobias Repmann zweiter Sieger des Wissenschaftspreises 2004. Der Industrie-Club Düsseldorf und das Wissenschaftszentrum Nordrhein-Westfalen verleihen die mit insgesamt € 30.000 dotierten Wissenschaftspreise 2004 auf dem Gebiet der Energieforschung. Am 6. Mai 2004 werden Dr. Henry Bosch, Forschungszentrum Jülich und Ruhr-Universität […]

Mit seiner Arbeit „Stapelsolarzellen aus amorphem und mikrokristallinem Silizium – Prozess- und Modulentwicklung” ist Dr. Tobias Repmann zweiter Sieger des Wissenschaftspreises 2004. Der Industrie-Club Düsseldorf und das Wissenschaftszentrum Nordrhein-Westfalen verleihen die mit insgesamt € 30.000 dotierten Wissenschaftspreise 2004 auf dem Gebiet der Energieforschung. Am 6. Mai 2004 werden Dr. Henry Bosch, Forschungszentrum Jülich und Ruhr-Universität Bochum, mit dem ersten Preis (€ 20.000) und Dr. Repmann, Forschungszentrum Jülich und RWTH Aachen, mit dem zweiten Preis (€ 10.000) ausgezeichnet.  Die prämierten Forschungsarbeiten tragen bei zu einer zukunftsfähigen und nachhaltigen Energieversorgung. In zwei sehr unterschiedlichen Bereichen der Stromerzeugung – zum einen im Bereich der fossilen Brennstoffe, zum anderen im Bereich der Solarenergie – konnten die Preisträger die Effizienz der jeweiligen Energiesysteme deutlich steigern. Damit könnte Strom künftig günstiger und mit einer erheblich geringeren Umweltbelastung produziert werden.

Photovoltaik: Kostengünstige Solarzelle mit höherer Effizienz

Dr. Repmann hat mit seiner Arbeit „Stapelsolarzellen aus amorphem und mikrokristallinem Silizium – Prozess- und Modulentwicklung” eine vorhandene Technologie zur Solarzellenherstellung optimiert und die Prozesstechnik zur großflächigen Herstellung eines neuartigen Solarzellentyps entwickelt. Er besteht aus übereinander gelagerten amorphen und mikrokristallinen Siliziumschichten (zwei unterschiedliche, mikroskopische Strukturen des Siliziums). Damit entstehen „übereinander gestapelt” zwei Solarzellen, die für unterschiedliche Wellenlängenbereiche sensitiv sind. Die neuartigen Stapelsolarzellen haben einen deutlich höheren Wirkungsgrad (um ca. 30 bis 50%) als gegenwärtig produzierte Dünnschichtzellen aus Silizium. Solarstrom könnte damit kostengünstiger hergestellt werden, was letztlich dazu beiträgt, Photovoltaik wettbewerbsfähig zu machen. Die kombinierten Solarzellen erfordern eine Optimierung der elektrischen und optischen Anpassung. Dazu entwickelte Repmann ein neues Computermodell.

Neben der Solarzellenoptimierung ist es Repmann gelungen, eine Technologie zu entwickeln, mit der Siliziumdünnschichtsolarzellen großflächig (Fertigungsgröße: 30×30 cm2) und mit industriell umsetzbaren Prozessen hergestellt werden können. Das Verfahren weist den Weg für die industrielle Verwertung für Modulflächen von einem Quadratmeter und mehr. Der neu entwickelten Prozesstechnik gingen grundlegende Untersuchungen zu den optischen und elektrischen Eigenschaften von Solarzellen aus beiden Siliziumstrukturen und dem kombinierten System voran.

Hitzeschutz für Turbinen: Neuer Werkstoff erfüllt höchste Ansprüche

Dr. Henry Bosch hat neue Beschichtungsmaterialien für die Brennkammer und die Schaufeln von Gasturbinen entwickelt, die höheren Verbrennungstemperaturen standhalten. Er erhält den Wissenschaftspreis 2004 für seine Arbeit „Entwicklung neuer Wärmedämmschichten für thermisch hochbelastete Komponenten in Gasturbinen”. Aufbauend auf atomistischen Modellen entstand ein systematisches Verfahren, mit dem er eine große Stoffklasse hinsichtlich ihrer Wärmeausdehnung und Leitfähigkeit mittels experimenteller Evaluierungsmethoden schnell klassifizieren konnte.

Darüber hinaus untersuchte Bosch die gesamte Prozesskette von den Grundmaterialien für die Wärmedämmschichten über die Schichtherstellung bis hin zum Test der fertigen Proben unter anwendungsnahen Bedingungen. Die so identifizierten und hergestellten Schichtmaterialien erlauben mehr als 100 °C höhere Temperaturen als bisher. Die Effizienzsteigerung, die mit den mehr als 100 °C höheren Turbineneintrittstemperaturen einhergeht, ist erheblich und kann sich ökonomisch wie ökologisch bemerkbar machen. Nach Schätzungen der Kraftwerksbetreiberbranche hat eine Erhöhung der Brenngastemperatur um nur 50 °C eine Wirkungsgradsteigerung von 2 bis 4% zur Folge; ein um lediglich 1% gesteigerter Wirkungsgrad in einer 100 Megawatt-Kraftwerksturbine führt zu einer Einsparung bei den Brennstoffkosten von etwa € 300.000 jährlich. Eine zweiprozentige Wirkungsgradsteigerung eines gasbefeuerten 240 Megawatt-Kraftwerkes hat eine Reduzierung des CO2-Ausstoßes von 24.000 Tonnen pro Jahr zur Folge. Bei einem kohlebefeuerten Kraftwerk gleicher Leistung ist die CO2-Reduzierung sogar doppelt so groß.

07.05.2004   Quelle: Wissenschaftszentrum Nordrhein-Westfalen

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