Schwarze Solarzellen fangen mehr Licht ein

Fraunhofer-Forscher haben ein verbessertes Produktionsverfahren für Photovoltaikmodule entwickelt.

Beim Versuch, Solarzellen effizienter zu machen, konzentrieren sich Wissenschaftler mittlerweile verstärkt auf Licht aus dem infraroten Spektrum (IR). Ungefähr ein Viertel der Energie im Sonnenlicht geht bei aktuellen Photovoltaikmodulen verloren, weil sie diese Strahlen nicht oder nur ungenügend in Strom umwandeln können. Sogenanntes schwarzes Silizium hat diesen Nachteil nicht: Dabei wird die Oberfläche der Solarzellen so verändert, dass sie IR-Licht absorbieren und nicht reflektieren.

Forscher am Fraunhofer Institut für Telekommunikation Heinrich-Hertz-Institut haben nun eine neue Methode entwickelt, mit der sich die Effizienz schwarzen Siliziums verdoppeln lassen soll. Eingebunden in existierende photovoltaische Herstellungsprozesse, könnte die Technik den Wirkungsgrad von Solarzellen, der aktuell im Schnitt bei 17 Prozent liegt, um immerhin ein Prozent erhöhen. Abhängig von den Kosten für die Herstellung könnte der Gesamtpreis für Solarstrom sinken.

Schwarzes Silizium wird erzeugt, indem man Solarzellen unter Hinzunahme von Schwefelgas mit Laserlicht beschießt. Die Textur der Zellen ändert sich dadurch auf eine bestimmte Art, die der Durchlässigkeit im IR-Bereich dienlich ist. "Dies strukturiert die Oberfläche und integriert Schwefelatome in das Siliziumgitter", erklärt Dr. Stefan Kontermann, Leiter der Forschungsgruppe.

Die Fraunhofer-Wissenschaftler verbesserten den Wirkungsgrad des schwarzen Siliziums, in dem sie den Laserpuls genauer kontrollierten, der die Schwefelatome in die Siliziumkristalle treibt. Die bessere Positionierung der Schwefelatome reduziert die Menge an IR-Licht, die notwendig ist, um die Elektronen zur Stromerzeugung anzuregen.

Die Forscher haben eine Prototypzelle im Labor entwickelt und arbeiten derzeit an einem Algorithmus, der die Lasersteuerung optimieren soll. Geht es glatt, soll ein Spin-off gegründet werden, das das Verfahren kommerzialisiert. So könnten Hersteller bald Kombizellen mit normalem und schwarzem Silizium verbauen. In den USA hatte das National Renewable Energy Laboratory zuvor bereits eine chemische Behandlungsform entwickelt, die schwarzes Silizium ebenfalls verbessern soll. (bsc)