Neue Rezepte aus der Silizium-Küche
Forschungsprojekte des Helmholtz-Instituts für Siliziumphotovoltaik
Für das Wundermaterial Graphen scheint kein Superlativ zu klein. Für seine Entdeckung gab es schon einen Nobelpreis, die Europäische Union pumpt Milliardenbeträge in seine Erforschung und das ultradünne und robuste Material aus Kohlenstoff wird bereits „Silizium des 21. Jahrhunderts“ genannt. Da ist es kein Wunder, dass Silizium-Spezialisten aus Adlershof seine Verwendbarkeit in Solarzellen untersuchen.
Graphen hat eine zweidimensionale Gitterstruktur aus wabenförmig angeordneten Kohlenstoffatomen und ist ein exzellenter Leiter. Zwei Forschern vom Institut für Siliziumphotovoltaik am Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) gelang vor kurzem ein spektakulärer Nachweis. Graphen behält seine herausragenden elektrischen Eigenschaften auch dann, wenn es auf mehrere hundert Grad erhitzt und mit einer dünnen Schicht aus amorphem oder polykristallinem Silizium bedeckt wird. Die Leitfähigkeit in der eingebetteten Graphen-Schicht ist 30 Mal höher als in konventionellen Kontakten aus Zinkoxid.
Doch Graphen ist nur ein neues Material, das die Forscher am Institut für Siliziumphotovoltaik mit dem am häufigsten verbreiteten Werkstoff für Solarzellen kombinieren. „Wir arbeiten auch an Hybridkonzepten aus organischen und anorganischen Stoffen und experimentieren mit dem Mineral Perowskit“, berichtet Institutsleiter Professor Bernd Rech. Organische Kunststoffkomponenten und Perowskit sind einfach zu gewinnen und könnten Solarmodule noch preiswerter machen als bisher.
Das zweite große Forschungsfeld des Instituts sind Dünnschichtzellen aus amorphem, also nicht-kristallinem Silizium. „Unser großes Ziel ist es, Silizium als dünne Schicht auf Glasträger zu bekommen“, erklärt Rech. Dafür verwenden die HZB-Forscher die Methode der Flüssigglaskristallisation mithilfe von Lasern.
Ein dritter Schwerpunkt ist schließlich die Analytik von Materialien. Um die Eigenschaften neuer Zellmaterialien noch schneller analysieren zu können, nehmen die Wissenschaftler 2014 das neue Labor EMIL (Energy Materials In-situ Laboratory Berlin) in Betrieb. Das 1.000 Quadratmeter große Laborgebäude wird an den Speicherring BESSY II des Helmholtz-Zentrums Berlin angebaut.
Die Brücke zur Industrie schlägt das Institut für Siliziumphotovoltaik über das HZB-eigene Technologietransferzentrum PVcomB. Eine eigene Fertigungslinie ist dort in der Lage, Silizium-Dünnschichtmodule herzustellen. Mit zwei Industriepartnern bereitet das Institut aktuell die Ausgründung eines neuen Dünnschicht-Unternehmens im Technologiepark Adlershof vor.
Von Manuel Berkel für Adlershof Special