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Forschung & Technik
Start-up
Eine andere Dimension
Mit einer neuartigen Solarzelle schwimmt die
junge Firma Solar3D gegen den Strom
Wer sagt, dass eine Solarzelle flach
sein muss Beim südkalifornischen
Technologieunternehmen Solar3D
testen die Ingenieure einen alternativen
Zellaufbau, der eher an eine
Kugel erinnert. Den veröffentlichten
Produktbeschreibungen zufolge wird
sich eine Massenproduktion dieses
Zelltyps allerdings als schwierig
erweisen. Abhängig vom verwendeten
Material könnte sich zudem die
gegenüber konventioneller Technologie
erreichbare Steigerung des
Wirkungsgrades in Grenzen halten.
Photonen
Lichtkollektoren
Beim Solar3D-Konzept sind viele
Mikrozellen miteinander verbunden
Grafik: PHOTON, Quelle: Solar3D
Das Zellkonzept von Solar3D
soll das »Light-Trapping«
verbessern. Die Darstellung
der Technologie auf
der Firmen-Website, auf der
diese Grafik basiert, zeigt
nach Angaben des Unternehmens
aber nur ein Schema
und nicht das tatsächliche
Design. Das lässt hoffen –
denn so, wie hier dargestellt,
würde die Zelle nur schlecht
funktionieren.
Als Neuling darf man sich ruhig ambitionierte
Ziele stecken. Für Solar3D
Inc., ein im kalifornischen Santa Barbara
ansässiges Start-up-Unternehmen, ist dies
der physikalische Grenzwert für den Wirkungsgrad
von Siliziumsolarzellen, der
bei 33 Prozent liegt. Handelsübliche kristalline
Siliziumzellen erreichen heute bis
zu 20 Prozent. Solar3D will die Industrie
nicht nur dieser Grenze näher bringen,
sondern auch bei Dünnschichtsolarzellen
die Effizienz steigern.
Das Unternehmen setzt dabei auf verbessertes
»Light-Trapping«, also das Einfangen
von Licht. Dies funktioniert nach
Einschätzung von Solar3D bislang unzureichend,
was auf das zweidimensionale
Design mit übereinanderliegenden Schichten
zurückzuführen ist. Ein gänzlich neues,
dreidimensionales, kugelförmiges Design
soll Abhilfe schaffen und künftig für
perfektes Light-Trapping sorgen.
Zu diesem Zweck entwickelt Solar3D einen
Zellaufbau, der Photonen durch einen
Lichtkollektor in einen geschlossenen kugelförmigen
Raum ziehen soll, um sie dort
so lange gefangen zu halten, bis sie von der
Zelle absorbiert werden. Das Konzept hat
zwei theoretische Vorteile. Erstens führt
es zu einer Verringerung der Oberflächenreflexion
und somit zu einer Steigerung
der Anzahl von Photonen, die in die Zelle
gelangen. Zweitens wird der Abstand zwischen
den positiv und negativ leitenden
Siliziumschichten (Sperrschicht) reduziert.
Auf ihrem Weg durch diese Sperrschicht
gehen viele Ladungsträger durch
Rekombination für die Stromproduktion
verloren, weshalb es ein allgemeines Bestreben
bei der Optimierung von Solarzellen
ist, diesen sogenannten p/n-Übergang
zu verbessern.
Solar3D-Geschäftsführer Jim Nelson
sagt, das Projekt sei »materialagnostisch«,
also auf keine bestimmte Silizium- oder
Dünnschichttechnologie festgelegt: »Wir
konzentrieren uns auf den Aufbau, nicht
auf das Material.« Das bedeutet aber nicht,
dass der erreichbare Wirkungsgrad unabhängig
vom eingesetzten Material ist. Bei
konventionellen Siliziumdünnschichtzellen
wurde bereits reichlich Laborarbeit
in das Light-Trapping von ein bis drei Mikrometer
dünnen Absorberschichten investiert.
Diese Bemühungen haben sich
in der Massenproduktion jedoch noch
nicht in die erhofften hohen Wirkungsgrade
umsetzen lassen. Bei kristallinen
Siliziumzellen mit einer Absorberstärke
von mehr als 100 Mikrometern gab es hier
schon weit größere Fortschritte.
Offene Fragen
Die Ankündigungen von Solar3D machen
deshalb neugierig. Auf Fragen zur
Technologie reagiert die Firma aber zurückhaltend:
Das Produkt befinde sich
noch in der Entwicklung, Änderungen
seien nicht auszuschließen. Selbst auf der
Website des Unternehmens heißt es, bei
der dort gezeigten Darstellung handle es
sich nicht um das tatsächliche Design;
dieses wird unter Verschluss gehalten.
Schaut man sich die Darstellung im Internet
genauer an, so scheint der Durchmesser
des Lichtkollektors in der 3-D-
Zelle kleiner zu sein als der Durchmesser
der eigentlichen Zelle. Wenn dies der tatsächliche
Aufbau wäre, gingen alle Photonen
verloren, die nicht auf den Kollektor
treffen, und dann wäre es mit dem Wirkungsgrad
der Zelle nicht allzu weit her.
Solar3D zufolge soll der Lichtkollektor
aber den gleichen Durchmesser wie die
Zelle haben.
Der Winkel des Lichtkollektors ist
ebenfalls ein kritisches Designkriterium.
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PHOTON Juni 2011