Einfache, preiswerte und effiziente Solarzellen mit undotiertem Silizium

1. Februar 2016, 11:06 Uhr
Foto: PVLab - EPFL
Foto: PVLab - EPFL
Ein internationales Forscherteam des Lawrence Berkeley National Laboratory, der École polytechnique fédérale de Lausanne (EPFL) und der Australian National University (ANU) ist es mit einem Mix von neuen Materialien gelungen, die Schritte zur Fertigung effizienter Silizium-Solarzellen zu vereinfachen.

Die meisten der gegenwärtigen Solarzellen verwenden kristalline Silizium-Wafer. Diese Wafer sowie zum Teil auch die darauf angebrachten Lagen sind dotiert (verunreinigt) mit Atomen, die einen Überschuss oder einen Mangel an Elektronen haben, so dass sich die elektrische Leitfähigkeit des Materials und damit die Umsetzung von Sonnenenergie in Elektrizität verbessert. Die Dotierung kann aber auch einen negativen Einfluss auf die Leistungsfähigkeit haben.
Kristalline Silizium-Solarzellen mit dotierten Kontakten können einen Energiewirkungsgrad von mehr als 20% besitzen, was bedeutet, dass mehr als 20% des Sonnenlichts in Elektrizität umgesetzt wird. Der Wirkungsgrad nicht-dotierter Solarzellen kam bisher nicht über die 14%-Marke hinaus.

Die Forscher haben nun eine Solarzelle aus nicht-dotiertem Silizium mit einem Wirkungsgrad von fast 20% entwickelt (dopant free asymmetric heterocontact, DASH). Dabei wird ein kristalliner Siliziumkern mit Lagen von undotiertem amorphem Silizium ausgestattet, um die Oberfläche zu passivieren. Anschließend wird eine sehr dünne Lage Molybdän auf der Ober- und eine ebenso dünne Lage Lithiumflorid auf der Unterseite aufgebracht. Diese beiden Lagen fungieren als undotierte Kontakte für Elektronen beziehungsweise Löcher.

Die Forscher haben nicht nur gezeigt, dass es möglich ist, mit undotierten Silizium-Solarzellen einen hohen Wirkungsgrad zu erzielen, sondern auch, dass der Produktionsvorgang von Solarzellen auf sieben Schritte verringert werden kann.
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