Forscher an der Eidgenössischen Technischen Hochschule in Lausanne (EPFL) haben ein neues Verfahren entwickelt, mit dem kostengünstig Zinkoxidfilme im Nanometerbereich hergestellt werden können. Damit lässt sich die Effizienz von Dünnschichtsolarzellen, die 1.000 Mal dünner sind als herkömmliche Photovoltaikelemente, steigern. „Das technische Potenzial der Photovoltaik ist riesig. Die Forschung sorgt mit Neuerungen für eine stetig ansteigende Lernkurve. Ich bin zuversichtlich, dass sich diese Entwicklung auch in absehbarer Zukunft fortsetzen wird“, sagt der Sprecher der Solarenergieforschung Bernd Rech vom Helmholtz Zentrum Berlin.

© PV-LAB, EPFL/SNSF

Solarstrom ist momentan noch zu teuer. Das hängt auch damit zusammen, dass der Ausgangsrohstoff Silizium viel Geld kostet. An der EPFL wird schon seit längerem an Dünnschichtsolarzellen geforscht. Diese Technik erlaubt es, möglichst sparsam mit Silizium umzugehen. Der Haken an der Sache ist, dass mit sinkendem Durchmesser der Siliziumschicht die Absorptionsrate für Sonnenlicht sinkt. Deshalb greifen die Forscher zu einem Trick. Mithilfe von Zinkoxidkristallen wird das einfallende Licht so gestreut, dass die Aufnahmerate im Silizium steigt. „Theoretisch ist sogar ein höherer Wirkungsgrad als bei konventionellen Elementen möglich, wenn man mehrere Dünnschichtmaterialien stapelt“, sagt Rech.

Allerdings ist es technisch sehr schwierig, die pyramidenförmigen Zinkoxidkristalle in die richtige Form zu zwingen. Die Forscher in Lausanne haben jetzt aber eine Möglichkeit gefunden, um dünne Schichten aus Zinkoxid in der gewünschten Form herzustellen. Dazu erstellen sie eine Negativform der geplanten Struktur und lassen darauf die Kristalle wachsen. Anschließend muss die Oxidschicht nur noch abgezogen werden. Diese Technik lässt sich auch im industriellen Maßstab anwenden.

Damit wird es möglich, preiswerte Photovoltaikelemente und in weiterer Folge auch billigeren Strom herzustellen. „Die Photovoltaik wird in den nächsten Jahren und Jahrzehnten einen großen Beitrag zur Energieversorgung leisten. In südlichen Ländern ist sie teilweise heute schon konkurrenzfähig“, so Rech.

Ein weiterer Vorteil der neuen Technik ist, dass Zinkoxid ein sehr häufig vorkommender Rohstoff ist. Außerdem ist das Material vollkommen ungiftig und belastet die Umweld daher kaum. Auch durch die Einsparung von Silizium ergibt sich eine bessere Ökobilanz, weil die Herstellung von Silizium aus Sand extrem energieaufwändig ist. „Man muss allerdings berücksichtigen, dass die Einsparung nur das Halbleiterelement betrifft und nicht das ganze Solarmodul. Trotzdem kann im Vergleich zu herkömmlichen Elementen einiges an Material und Energie gespart werden“, erklärt Rech.