MIT-Forscher steigern den Wirkungsgrad von Solarzellen um bis zu 50 %

Laut einer Pressemitteilung hat ein Team von Physikern und Ingenieuren am Massachusetts Institute of Technology (MIT) mit Computersimulationen und Labortests neue Wege zu einer höheren Effizienz von Photovoltaik-Zellen beschritten. Durch Computermodellierungen und mit einer Vielzahl von hoch entwickelten Prozessen zur Chip-Herstellung hätten die Wissenschaftler eine Antireflektionsbeschichtung an der Vorderseite von extrem dünnen Silizium-Folien angebracht. Auf der Rückseite sei eine neuartige Kombination von mehrlagigen, reflektierenden Beschichtungen sowie einem fest angeordneten Liniennetz – ein so genanntes Beugungsgitter – installiert worden. Auf diese Weise habe die Leistung der Solarzellen um ganze 50 Prozent gesteigert werden können.
„Die sorgfältig konstruierten Beschichtungen auf der Rückseite der Solarzelle bewirken, dass das Licht länger innerhalb der dünnen Silizium-Folie hin- und her wandert, was ihm mehr Zeit gibt, Energie zu sammeln und Solarstrom zu produzieren. Ohne diese Beschichtungen würde das Licht sofort wieder in die Umgebung reflektiert werden“, erklärt Peter Bermel, der als Post-Doktorand im Forschungslabor für Elektronik am MIT arbeitet.

Tausende Computersimulationen kamen zum Einsatz
„Es ist entscheidend, sicherzustellen, dass jeder Lichtstrahl, der in die Beschichtung eintritt, einen langen Weg innerhalb des Siliziums zurücklegt“, erläutert Bermel weiter. „Die Frage dabei ist, welchen Weg Licht zurücklegen muss, damit eine hohe Wahrscheinlichkeit besteht, dass es absorbiert wird, lose Elektronen in Bewegung bringt und folglich Strom produziert wird.“ Das Team habe damit begonnen, tausende Computersimulationen durchzuführen. So seien verschiedene Arten, Linien in einem Gitter anzuordnen sowie unterschiedlich dünnes Silizium getestet worden sowie die Menge und Stärke reflektierender Beschichtungen auf der Rückseitenoberfläche. „Wir nutzen unsere Simulationsprogramme, um den Gesamtwirkungsgrad zu optimieren und den Energieertrag zu maximieren“, meint Peter Bermel.

50 Prozent mehr Sonnenlicht in Strom umgewandelt
„Der simulierte Vorgang fiel in deutlich besser aus als bei jeder anderen Strukturierung und verspricht für eine Zwei-Mikrometer-Schicht einen Effizienz-Zuwachs um 50 Prozent bei der Umwandlung von Sonnenlicht in Strom“, betont Lionel Kimerling, Professor für Materialkunde und Technik, der das Projekt leitete. Die Simulationen seien dann in realen Tests im Labor bestätigt worden. „Der letzte und wichtigste Beitrag zum Projekt war die bedingungslose Hingabe des Absolventen Lirong Zeng in der Abteilung für Materialkunde und Technik, der die Struktur verfeinerte und herstellte“, so Kimerling. „Die Experimente haben die Vorhersagen bestätigt und die Ergebnisse riefen beträchtliches Interesse seitens der Industrie hervor“.
Die Arbeit der Wissenschaftler sei nur ein erster Schritt hin zur Produktion einer marktreifen, verbesserten Solarzelle, heißt es in der Pressemitteilung. Dazu sei eine weitere Feinabstimmung mit zusätzlichen Simulationen und Labortests notwendig. Anschließend müsste an der Entwicklung von Herstellungsprozessen und Materialien gearbeitet werden. „Wenn der Photovoltaik-Markt weiterhin stabil bleibt, ist eine Markteinführung innerhalb der nächsten drei Jahre möglich“, meint Lionel Kimerling.

Großes Potenzial für Einsparungen
Das MIT Deshpande Center hat das Projekt laut Pressemitteilung des MIT für eine „i-team“-Studie ausgewählt, um das Marktpotenzial zu bewerten. Das Team habe den möglichen Einfluss der effizienteren Dünnschicht-Technologie für Solarzellen analysiert und dabei sowohl bedeutende, zusätzliche Nutzeffekte bei der Herstellung als auch bei der Stromversorgung von ländlichen Regionen mit netzunabhängigen Photovoltaik-Anwendungen und auch bei der netzgekoppelten Solarstromproduktion festgestellt. Auch das Einsparpotenzial sei vielversprechend, da die qualitativ hochwertigen kristallinen Silizium-Trägermaterialien, die für herkömmliche Solarzellen verwendet werden, die Hälfte des Preises ausmachen würden. Die Dünnschicht-Solarzellen in der neuen MIT-Variante benötigen nur ein Prozent des Siliziums, das für konventionelle Solarzellen erforderlich ist, erklärt Peter Bermel.

15.12.2008 | Quelle: MIT | solarserver.de © EEM Energy & Environment Media GmbH