Organische Photovoltaik: Jenaer Wissenschaftler entwickeln neuartige Solarzellen mit Nanodrähten aus Silizium

Nanodrähte aus Silizium kombiniert mit Polymer-Schichten sind der Schlüssel zu neuartigen Solarzellen mit hohem Wirkungsgrad, die derzeit am Institut für Photonische Technologien in (IPHT) entwickelt werden. Bisher setzt man in der Photovoltaik hauptsächlich auf anorganische Halbleiter wie Silizium und erreicht damit großtechnisch einen Wirkungsgrad von rund 17 Prozent. Allerdings erfordert die Herstellung einen sehr hohen Energie- und Materialeinsatz. Die Produktion von Kunststoffsolarzellen aus organischen Polymeren, jüngster Zweig der Photovoltaik, ist dagegen mit nur geringem Energieaufwand verbunden, dafür liegt der Wirkungsgrad derzeit bei nur fünf Prozent. Diesen zu steigern hat sich das Projekt HyPoSolar („Hybridsolarzellen aus halbleitenden Polymeren und Silizium-Nandrahtstrukturen“) zum Ziel gesetzt, das jüngst am IPHT gestartet ist.
Das Projekt wird gefördert im Rahmen der BMBF Ausschreibung „Organische Photovoltaik“ mit insgesamt rund 1,5 Millionen Euro, 667.000 davon fließen in das IPHT. Partner sind das Thüringische Institut für Textil- und Kunststoff-Forschung in Rudolstadt, das Institut für Angewandte Physik der Uni Jena und das Unternehmen Jenpolymer Materials Ltd.

Nanodrähte vergrößern Oberfläche von Solarzelle 100-fach; Wirkungsgrad von acht Prozent angestrebt
„Wir kombinieren Polymere mit Silizium-Nanodrähten, eine Idee, die vollkommen neu ist“, erläutert Dr. Fritz Falk, Leiter der Abteilung Photonisches Silicium am IPHT. Der Einsatz der Nanodrähte vergrößere im Vergleich mit ebenen Substraten die Oberfläche der Solarzelle um ein Hundertfaches. Die Nanodraht-Teppiche wirkten auf diese Weise als ideale Lichtfallen. In nur 1/300 mm dicken Teppichen werde alles einfallende Licht absorbiert, heißt es in der Pressemitteilung des IPHT. „So werden wir in einer ersten Entwicklungsphase den Wirkungsgrad auf etwa acht Prozent steigern können,“ hofft Falk.
Anhand der Ergebnisse soll das weitere Potential der Hybridsolarzellen abgeschätzt, Wege zum Erreichen höherer Wirkungsgrade aufgezeigt und eine Kostenkalkulation für eine Modulfertigung erstellt werden. Zunächst werden die neuartigen Solarzellen wohl bei kleinen und kurzlebigen Elektronikprodukten wie Spielzeug, Uhren oder Kleincomputern zum Einsatz kommen, auch mobile Anwendungen für Freizeit- und Camping sind denkbar. „Wir erstellen in unserem Projekt Hybrid-Solarzellen auf Glas, später ist aber auch an Zellen auf Metallfolien gedacht“, so Physiker Falk. Damit könnte man dann auch gekrümmte Oberflächen ausstatten, zum Beispiel in Fahrzeugen.