FZ-Jülich & Evonik – Solarzelle aus flüssigem Silizium

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FZ-Jülich & Evonik, Jülich / Hanau-Wolfgang, 08.2014: Neue Solarzelle aus flüssigem Silizium. Im Institut für Energie- und Klimaforschung – Photovoltaik (IEK-5) - hat Dr. Torsten Bronger  in Zusammenarbeit mit der Firma Evonik eine Solarzelle entwickelt, die aus einem sehr dünnen Film einer flüssigen Silizium-Verbindung besteht. Mit einem Wirkungsgrad von 3,5 Prozent ist die Solarzelle sieben Mal effizienter als bisherige Zellen dieser Art.  "Sie lässt sich kostengünstig flüssig verarbeiten und in den bekannten Halbleiter Silizium verwandeln", sagt der Jülicher Wissenschaftler Dr. Torsten Bronger. Solution-based Silicon in Thin-Film Solar Cells.
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Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler sind optimistisch, dass sie den Wirkungsgrad dieser kostengünstigen Solarzellen weiter steigern können. Damit würde dieser Ansatz, der als aussichtsreiche Grundlage für die nächste Generation von Dünnschicht-Elektronik gilt, auch wirtschaftlich interessant werden. Ein Glas-Substrat mit mehreren Solarzellen aus dem flüssig-prozessierten Silizium im Sonnensimulator. Ein Glas-Substrat mit mehreren Solarzellen aus dem flüssig-prozessierten Silizium im Sonnensimulator, in dem der Wirkungsgrad gemessen wird.

Silizium ist weltweit der meist genutzte und am besten bekannte Halbleiter, allerdings ist die Verarbeitung von Silizium mit hohem Aufwand und hohen Kosten verbunden. Genau hier greift die flüssige Siliziumverbindung an, die Jülicher Photovoltaik-Experten vom Institut für Energie- und Klimaforschung und die strategische Forschung (CREAVIS) des Spezialchemie-Unternehmens Evonik gemeinsam entwickelt haben: "Sie lässt sich kostengünstig flüssig verarbeiten und in den bekannten Halbleiter Silizium verwandeln", sagt der Jülicher Wissenschaftler Dr. Torsten Bronger, Erstautor der Studie. Er und seine Kollegen steuerten ihre Erfahrung in der Entwicklung und Optimierung von Solarzellen bei, während Evonik seine Kompetenz in innovativer Materialchemie einbrachte.  Die Zukunft der Dünnschicht-Photovoltaik. hat gerade erst begonnen und Evonik gestaltet sie mit. Siridion®-Chlorsilane und Monosilan werden weltweit erfolgreich als Rohstoffe für die Herstellung von Solarmodulen eingesetzt. 

Die Herstellung von Halbleiterfilmen aus Flüssigkeiten ist an sich nichts Neues. Bei der Produktion organischer Solarzellen, die aus Kohlenwasserstoff-Verbindungen bestehen, ist dies – anders als bei Solarzellen aus Silizium – längst üblich. "Dieser Ansatz galt 2009, als wir anfingen, als schwierig. Damals gab es weltweit nur wenige Arbeitsgruppen, die sich an diesem Material versucht haben", erinnert sich Bronger. Zunächst bereitete es den Wissenschaftlern Probleme, aus dem flüssigen Silizium einen gleichmäßigen Film zu machen. So kam es vor, dass der Film riss oder sich Löcher bildeten. "Das ist so ähnlich wie beim Auftragen von Honig mit einem Löffel. Aufgrund der Oberflächenspannung entstehen kleine Lücken", erklärt der Physiker. Lücken im Silizium-Film ruinieren jedoch die Solarzelle, da dort Kurzschlüsse entstehen. Solution-based Silicon in Thin-Film Solar Cells.
Quelle:  Forschungszentrum Jülich GmbH, Jülich / Evonik Industries AG, Hanau-Wolfgang / new-enery-jobs.de