Grosse Energie aus Nanokügelchen hocheffziente Solarzellen aus Silizium Nanopartikeln

Der Preis für Solarstrom hängt neben den Produktionskosten für Solarzellen vor al lem vom Wirkungsgrad ab, also dem Ver hältnis von eingestrahlter Sonnenenergie zu erzeugter elektrischer Energie. Den grö ten Marktanteil stellen zurzeit Solar zellen aus kristallinen Siliziumscheiben. Aus physikalischen Gründen kann der Wirkungsgrad dieser konventionellen So larzellen, selbst bei perfekter technologi scher Ausführung, die sogenannte Shock ley Queisser Grenze von 33 Prozent nicht übersteigen. Will man beim etablierten, günstigen und ungiftigen Material Silizium bleiben, sind neue Konzepte gefragt Durch die Ver kleinerung von Siliziumstrukturen auf wenige Nanometer kommen Effekte der Quantenphysik zum Tragen. Diese Effek te bergen das Potenzial einer Wirkungs gradsteigerung über die Shockley Queis ser Grenze hinaus. Ein weiterer Vorteil solch kleiner Siliziumstrukturen ist die enorme Reduktion des Materialver brauchs im Vergleich zu Siliziumschei ben. Zurzeit machen die Materialkosten rund ein Drittel der Herstellungskosten klassischer Silizium Solarzellen aus. Durch dieses Potenzial motiviert, stellen Forscher des Helmholtz Zentrums Berlin HZB im Rahmen des vom BMBF geför derten Projektes SINOVA Silizium Na nopartikel her und setzen sie in Solarzel len der nächsten Generation ein. Für die Synthese solch kleiner Partikel auf gro fächigen Solarzellen erforscht das HZB zwei Methoden der Selbstorganisation Erstens die Entnetzung eines dünnen Siliziumflms. Vergleichbar mit Wasser, welches auf einer Glasscheibe Tröpfchen bildet, bildet auch Silizium auf Glas unter bestimmten Bedingungen kleine Kugeln mit wenigen Nanometern Durchmesser. Diese Methode bietet eine gute Kontrolle über Grö e und Abstand der Nanokügel chen. Eine alternative Methode basiert auf der Entmischung von Siliziumoxid. Die ses SiO bildet während eines Heizprozes ses Silizium Nanopartikel eingebettet in SiO2, also Glas. Diese Methode lässt sich mittels üblicher Abscheideanlagen für Si lizium durchführen, bietet aber weniger Kontrolle über Grö e und Abstand der Silizium Nanopartikel. Derzeit arbeitet das HZB daran, Fremd atome in die Nanopartikel einzubringen. Dies ist eine wichtige Voraussetzung da für, dass die Absorption des Sonnenlichts eine elektrische Spannung hervorruf. Sobald auch diese Hürde genommen ist, kann die Nanotechnologie mithilfe von Quantenefekten den Wirkungsgrad von Silizium Solarzellen über die Shockley Queisser Grenze hinaus erhöhe