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Fraunhofer ISE über verunreinigtes Silizium und effizientere Solarzellen

(12.6.2007) Am Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme (ISE) arbeitet man daran, Solarzellen effektiver zu machen. Zudem wollen sie leistungsstarke Zellen gerade auch aus verunreinigtem Silizium herstellen.


Bild aus dem Beitrag "Neues Nachführsystem für bis zu 60m² große Solarmodule" vom 1.8.2006

„Auf Dauer ist Sonnenenergie die einzige Energieart, die die Energieprobleme lösen kann“, ist sich Prof. Eicke Weber, der neue Leiter des ISE, sicher und macht die Unbegrenztheit der Solarenergie gerne an einem Beispiel deutlich: „Der Energieverbrauch der Erde in einem Jahr in Kilowattstunden wird von der Sonne in einer Stunde geliefert.“ Ein gutes Argument, um die Forschung für effektivere Solarzellen voranzutreiben. Denn aktuell ist die Solarenergie - ohne Förderung - erst in sehr sonnenreichen Regionen wie Kalifornien konkurrenzfähig. Dort zahlen Stromverbraucher einen Spitzenstrompreis von 32 Cent/kWh. Solarstrom lässt sich aber für etwa 25 Cent/kWh produzieren. In Deutschland könnte es aus heutiger Sicht (im Jahr 2007) allerdings noch  etwa 10 bis 15 Jahre dauern, bis Solarstrom zu konkurrenzfähigen Preisen produziert werden kann.

verunreinigtes Silizium nutzen

Im Augenblick ist eines der größten Probleme der Photovoltaik-Industrie, dass es an hochreinem Silizium, der Basis für effektive Solarzellen, mangelt. Seit die PV-Industrie boomt, kann der Bedarf der Hersteller nicht mehr ausreichend aus der Siliziumproduktion für die Elektronikindustrie gedeckt werden. Eigene Produktionsstätten für Solarsilizium sind im Aufbau, und gleichzeitig werden neue Dünnschichttechnologien verstärkt weiter entwickelt. Auch alternative Optionen sind gefragt: Eine Idee ist, anstelle des teuren, hochreinen Siliziums weniger reines Silizium zu nutzen - der Ansatz, der jetzt zusätzlich am ISE verfolgt wird.

Prof. Weber hat sich in seiner Zeit in Berkeley einen Namen als Materialforscher für Defekte in Silizium und III-V-Halbleitern wie Galliumarsenid und Galliumnitrid gemacht. Erkenntnisse aus dieser Zeit brachte er mit nach Freiburg und will sie mit den langjährigen Erfahrungen des ISE in der Entwicklung von leistungsfähigen Solarzellen kombinieren. Weber ist davon überzeugt, dass das verunreinigte Silizium sich so manipulieren lässt, dass die darin enthaltenen Metalle unschädlich gemacht werden können - ohne sie komplett eliminieren zu müssen. Si seo es beispielsweise gar nicht entscheidend, wie viele Verunreinigungsmetalle das Silizium enthält, sondern wie sie sich verteilen: sind sie auf wenige Stellen konzentriert, haben auch Zellen mit einem hohen Metallgehalt noch eine gute Stromausbeute. Gelänge es, einen solchen Prozess industriell zu etablieren, wäre der bisherige aufwändige Reinigungsprozess des hochreinen Siliziums für die Solarindustrie überflüssig.

Um diesen Themen nachgehen zu können und die Fertigungsprozesse zur Marktreife zu bringen, wurde ein umfassendes Projekt gestartet. Unterstützt durch 10 Mio. Euro aus Mitteln der Fraunhofer-Gesellschaft will das ISE unterschiedliche Konzepte und Verfahren entwickeln, um leistungsfähige Solarzellen aus verunreinigtem Silizium herzustellen.

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Bild aus dem Beitrag "Perspektiven für die Photovoltaik" vom 10.1.2006

marktübliche Solarzellen effizienter machen

Ein anderes Forschungsthema des ISE will die Energieausbeute der heute marktüblichen Solarzellen - weit mehr als 90% basieren auf kristallinem Silizium - zu erhöhen. „Da gibt es verschiedene Forschungsansätze“, so Weber. „Der Weltrekord im Labor steht bei einer Energieausbeute von 24 Prozent. Wir sehen durchaus Möglichkeiten, durch verbesserte Technologie diesen Weltrekord zu steigern. Außerdem wollen wir Prozesserfahrung sammeln, um Siliziumzellen mit höherer Effizienz zu preisgünstigen Konditionen in die industrielle Fertigung zu übertragen.“

Deutschland ist im internationalen Solarmarkt gut aufgestellt - nicht zuletzt dank der Einspeiseverordnung im EEG (Erneuerbare Energien Gesetz). Dies macht die Photovoltaik auch in Deutschland wirtschaftlich lukrativ und ermöglicht der Industrie erstmals in kostengünstigen, großen Mengen zu produzieren. Dass der boomende Solarmarkt in Deutschland Chancen bietet, zeigt ein Beispiel: Q-Cells, die weltweit zweitgrößte Photovoltaik-Firma, ist ein Unternehmen, das erst vor fünf Jahren in Deutschland gegründet wurde. Prof. Weber schließt nicht aus, dass auch aus dem ISE weitere Spin-offs entstehen, die in wenigen Jahren neue Entwicklungen in den Markt bringen.

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