News : Flexible Solarzellen aus Siliziumdrähten

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Forscher des California Institute of Technology (Caltech) haben flexible Solarzellen aus einer in transparentes Polymer eingebetteten Siliziumdraht-Matrix hergestellt. Sie benötigt nur 1/50 des teuren Siliziums normaler Solarzellen und zeichnet sich durch eine hohe Lichtabsorption sowie photoelektrische Effizienz aus.

Die Herstellung der Solarzellen hatten die Forscher zwar bereits zuvor demonstriert, die hohe Effizienz konnten sie aber erst jetzt nachweisen. Die Absorptionsrate des gesamten einfallenden Lichts beträgt 85 Prozent, bei einer einzelnen Wellenlänge sind es sogar 96 Prozent. Von den eingefangenen Photonen werden wiederum zwischen 90 und 100 Prozent in Strom umgewandelt. Für diese hohe Effizienz sind mehrere Faktoren verantwortlich: Einerseits ist jeder der im VLS-Verfahren hergestellten, 30 bis 100 Micron langen und einen Micron dicken Siliziumdrähte für sich bereits eine effiziente Solarzelle. Durch die spezielle Anordnung der Drähte wird die Absorptionsrate andererseits aber nochmals deutlich erhöht, da die Drähte das von anderen Drähten gestreute Licht absorbieren können. Nochmals verstärkt werden die Reflexionen innerhalb der Zelle durch in das Polymer eingebrachte Aluminiumpartikel und eine spiegelnde Schicht an der Unterseite. Dabei nehmen die Drähte nur zwei bis zehn Prozent der Oberfläche sowie lediglich zwei Prozent des Volumens der Zelle ein. Das Polymer – Polydimethylsiloxan (PDMS) – ist auch für die Flexibilität verantwortlich und erlaubt zudem die Herstellung in einem im Vergleich zu Wafern bei herkömmlichen Solarzellen deutlich günstigeren Roll-to-Roll-Prozess.

Bild einer in Polymer eingebetteten Siliziumdrahtmatrix
Bild einer in Polymer eingebetteten Siliziumdrahtmatrix

Auf dem Weg zu einem marktreifen Produkt arbeiten die Forscher derzeit an einer Vergrößerung der bislang nur einige Quadratzentimeter großen Zellen auf mehrere hundert Quadratzentimeter wie bei herkömmlichen Solarzellen sowie an einer Erhöhung der Betriebsspannung.

Schematische Zeichnung der Elemente in der Solarzelle
Schematische Zeichnung der Elemente in der Solarzelle