Es muss nicht immer Silizium sein

  • 10. January 2017

Forschungsprojekt „Starcell” soll alternative Elemente für die Produktion von Solarzellen ermitteln.

Neuartige Dünn­schicht­solar­zellen stehen im Zentrum des internationalen Forschungs­projekts „Starcell”, an dem auch Physiker der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (MLU) mitarbeiten. Seit einigen Jahren schon suchen Wissenschaftler nach alternativen Materialien für Solar­zellen, die ungiftig und in großen Mengen verfügbar sind. Der Hinter­grund: Die EU hat einen Katalog mit kritischen Roh­stoffen erstellt. Darin sind die Stoffe enthalten, die weltweit oder zumindest im EU-Raum künftig knapp werden könnten. Auf der Liste stehen auch einige Elemente, die für die Herstellung von Solar­zellen wichtig sind: Indium, Gallium, Tellur und sogar Silizium.

Das Projekt „Starcell" hat deshalb das Ziel, eine Dünn­schicht­solar­zelle zu entwickeln, die aus ungiftigen und breit verfügbaren Alternativen besteht. Eine entscheidende Rolle spielt dabei Kesterit, das seit den 2000er Jahren intensiv erforscht wird. Insgesamt 15 Forschungs­einrichtungen und Universitäten aus Europa, Asien und den USA arbeiten gemeinsam in dem Millionenprojekt. Die Europäische Union fördert das Projekt, das unter Feder­führung des katalonischen Instituts für Energie­forschung steht, für drei Jahre mit rund 4,8 Millionen Euro. Davon fließen rund 380.000 Euro an die MLU. Die Mittel stammen aus dem EU-Rahmen­programm für Forschung und Innovation „Horizon 2020".

„In der Vergangenheit hat die Entwicklung neuer Solar­zellen bis zur technologischen Anwendung mehrere Jahrzehnte gedauert", sagt Roland Scheer vom Institut für Physik der MLU. Seine Arbeits­gruppe erforscht seit Langem Kesterit als möglichen Baustoff für Solar­zellen. Über die EU-Förderung sollen die Grundlagen geschaffen werden, um die Kesterit-Solar­zellen schneller in den Markt einführen zu können. Dafür müssten aber noch einige Hürden überwunden werden, wie Scheer sagt: „Der Labor­wirkungs­grad dieser Solarzellen liegt derzeit bei 13 Prozent – das ist noch viel zu wenig für den industriellen Einsatz. Hier wären mindestens 18 Prozent nötig." Außerdem müsste man die Material­eigenschaften des Stoffes noch weiter erforschen, um gezielte Veränderungen vornehmen zu können.

In der Fachgruppe Photovoltaik leisten Scheer und seine Mitarbeiter seit Jahren Grund­lagen­forschung auf diesem Gebiet: Sie lassen Kesterit-Kristalle im Labor wachsen und untersuchen diesen Prozess mit modernen Röntgen­maschinen in Echt­zeit. „Dadurch können wir den Kristallen beim Wachsen zuschauen", so Scheer weiter. Gleichzeitig lasse sich die Struktur und Zusammen­setzung der Kristalle im Labor steuern, erforschen und so auch optimieren. Außerdem sind die halleschen Wissenschaftler Experten auf dem Gebiet der Computer-gestützten Simulation von Bauelementen. Mit Hilfe dieser Simulationen können sie Änderungen in den Material­eigenschaften sowie im Bau­element­design schon früh­zeitig bewerten. So lässt sich über­prüfen, ob sie eine Verbesserung des Wirkungs­grads mit sich bringen.

U. Halle-Wittenberg / DE

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