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Reinheit von multikristallinem Silizium ist ein Schlüssel

Forscher wollen PV-Wirkungsgrad erhöhen

23.05.2011, 00:00

Mehr als vier von zehn Solarzellen, welche heute zum Einsatz kommen, bestehen aus multikristallinem Silizium. Dieses ist vergleichsweise preiswert, jedoch lassen sich mit der gegenwärtig in der Industrie eingesetzten Technik nur etwa 17 Prozent der einfallenden Sonnenstrahlung in elektrische Leistung umwandeln. Weitere 40 Prozent aller in Modulen verbauten Solarzellen werden aus monokristallinem Silizium hergestellt. Sie erreichen zwar einen höheren Wirkungsgrad von etwa 19 Prozent, dafür ist aber die Kristallzüchtung teurer. Mit welchem dieser beiden Materialien in Zukunft kostengünstiger Energie erzeugt werden kann, ist gegenwärtig noch offen.

Elf Firmen und 13 Forschungsinstitute wollen im Verbundprojekt "Solar-Forschungscluster zur Ermittlung des maximalen Wirkungsgradniveaus von multikristallinem Silizium" herausfinden, wie sich mehr aus den Zellen herausholen lässt. Während der kommenden drei Jahre wird der durch das Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit (BMU) mit 5,5 Millionen Euro geförderte Forschungsverbund ermitteln, welches Wirkungsgrad-Potenzial Solarzellen aus mono- und multikristallinem Silizium bergen.

Die physikalischen Grenzen sind für Solarzellen aus hochreinem, monokristallinem Silizium im Prinzip bekannt. Daher konzentrieren sich die Forscher zunächst auf das multikristalline Material: Hier entstehen während der Blockherstellung häufig Kristalldefekte, an die sich Verunreinigungen anlagern und dadurch die Stromausbeute und somit den Wirkungsgrad senken. Die Verunreinigungen kommen dabei überwiegend nicht aus dem Rohstoff, sondern werden während der Kristallisation aus der Umgebung eingetragen. In einem ersten Schritt soll daher die Kontamination während der Blockherstellung in den Kristallisations-Labors der Projektpartner kontrolliert und systematisch verringert werden. Die Auswirkungen auf die Materialeigenschaften werden anschließend im Detail untersucht.

Im Testlauf werden aus den Siliziumscheiben in Reinraum-Laboratorien Hocheffizienz-Solarzellen gefertigt. Sie sollen zeigen, welcher Wirkungsgrad unter optimalen Bedingungen möglich ist. Außerdem wollen die Forscher grundlegende Parameter während der Kristallzüchtung messen. Diese sollen in rechnergestützte Modellierungen einfließen, welche eine detaillierte Beschreibung der physikalischen Vorgänge während der Blockherstellung ermöglichen.

Falls sich herausstellt, dass multikristallines Silizium im Prinzip keinen anderen Limitierungen unterliegt als sein monokristallines Pendant, sollte es mittelfristig möglich sein, multikristalline Solarzellen mit einer Leistungsausbeute herzustellen, welche der von monokristallinen Zellen vergleichbar ist. "Die momentane Wirkungsgraddifferenz von zwei Prozent klingt nach wenig, sie ist aber nicht nur wissenschaftlich, sondern auch wirtschaftlich höchst relevant. Denn schon eine Steigerung des Wirkungsgrades um nur ein Prozent kann für eine Firma mit einer Produktion von etwa 100 Millionen Solarzellen im Jahr einen jährlichen Zusatzgewinn von mehr als 20 Millionen Euro bedeuten", rechnet Professor Giso Hahn vor, Leiter der Abteilung Fotovoltaik der Universität Konstanz. pgl

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