Forschungsansatz verbindet Nanotechnologie und Photovoltaik

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An einem neuartigen Forschungsansatz für hocheffiziente Dünnschicht-Solarzellen arbeiten Wissenschaftler der Universität Bayreuth. Ein Lichtmanagement durch Nanopartikel soll eine Effizienzsteigerung bewirken.

Vier Forschungsgruppen aus der Polymer- und Kolloidforschung wollen an der Universität Bayreuth neue Konzepte zur Effizienzsteigerung in der Photovoltaik entwickeln. Sie verfolgen das Ziel, Photovoltaik-Bauteilen mithilfe kleinster Partikel leistungsfähiger zu machen. Sie nutzen dafür die optischen Eigenschaften von Nanopartikeln, um Licht kontrolliert einsetzen zu können.

Lichtmanagement durch Nanopartikel

Die Photovoltaik-Fertigung bedient sich schon lange der Nanotechnologie im Bereich Lichtmanagement. Um spektral selektive Licht-Eintrittsfenster zu erreichen, werden Solarzellen beispielsweise mit Silber-Nanopartikeln beschichtet. Ein weiterer Ansatz ist die Einbettung nanopartikulärer Pigmente in Metalloxidschichten um deren Absorption, Reflexion und Lumineszenz einzustellen.

In den letzten Jahren ist es Forschern an der Universität Bayreuth gelungen, immer dünnere und leichtere Solarzellen zu entwickeln, die beispielsweise auf dünnen Folien aufgedruckt werden können. So lassen sich flexible Module zur Energieerzeugung konstruieren. Diese Flexibilität hat aber den Nachteil, dass insbesondere dünne Solarzellen sehr schwache Stromausbeuten liefern, da das Licht nicht effizient genug eingefangen werden kann.

Mehr Effizienz bei Dünnschichtsolarzellen

Eine vielversprechende junge Forschungsrichtung befasst sich mit der Selbstanordnung von optisch aktiven Nanopartikeln. Von besonderem Interesse sind dabei Partikel, deren Durchmesser im Bereich der Wellenlänge des sichtbaren Lichts, also im kolloidalen Größenbereich, liegen. "Wenn es gelingt, solche Teilchen kontrolliert in Solarzellen zu integrieren, können sie den Weg des Lichts in einem Photovoltaik-Bauteil deutlich beeinflussen und damit eine höhere Leistung bewirken", so Prof. Karg, Juniorprofessor für Kolloidale Systeme an der Universität Bayreuth. "Mit den aufeinander abgestimmten Projekten unserer Bayreuther Forschungsgruppen wollen wir ein solches 'Lichtmanagement' in Dünnschichtsolarzellen realisieren und deren Effizienz dadurch erheblich steigern."

Karlheinz Steinmüller stellt im Zeitschriftenartikel "Zukunftstrends und ihre Wirkungen auf Oberflächen", erschienen in Ausgabe 01/2014 der Fachzeitschrift JOT - Journal für Oberflächentechnik, den Beitrag der Oberflächentechnik hervor, den diese unter anderem zur Energieeffizienz leistet. Er sieht Nanobeschichtungen als Teil eines "Oberflächen-Designs", das zu einer Kernkompetenz in Entwurfs- und Fertigungsprozessen werden wird.