Bessere Solarzellen mit Pyramiden

Dienstag, 24. März 2009, 23:00 • Rubrik Chemie, Physik, Technik.

Winzige Pyramiden auf der Oberfläche von Solarzellen steigern deren Stromausbeute. Eine entsprechende Methode haben amerikanische Forscher entwickelt. Damit angeraute Solarzellen fangen einen größeren Teil des einfallenden Lichts ein und halten sich von selbst sauber.

“Je mehr Licht in die photovoltaische Zelle gelangt und je weniger davon reflektiert wird, umso höher kann die Effizienz sein”, erläutert Ching-Ping Wong vom Georgia Institute of Technology. Auf Basis der jüngsten Messungen und Modellrechnungen erscheine eine Steigerung um zwei Prozentpunkte machbar – entsprechend rund einem Zehntel der Effizienz derzeit verfügbarer Solarzellen.

Das von Wong und Kollegen entwickelte Verfahren beginnt mit einer Kalilauge-Behandlung. Die Lauge trägt die Oberfläche vorrangig entlang der Siliziumkristallebenen ab und erzeugt so wenige Mikrometer kleine Pyramiden. Es folgt eine kurze Behandlung mit Flusssäure und Wasserstoffperoxyd. Vermittelt durch winzige Goldpartikel als Katalysatoren, ätzt das Gemisch einige Nanometer feine Gruben in die “Pyramidenlandschaft”. Diese wird schließlich mit einem wasserabweisenden Film überzogen.

Einfallendes Licht fängt sich zwischen den Miniaturpyramiden und in den winzigen Gruben, sodass das Silizium mehrere Gelegenheiten hat, die Lichtenergie auch aufzunehmen. “Normalerweise reflektieren Siliziumoberflächen einen großen Teil des einfallenden Lichts”, erläutert Wongs Kollege Dennis Hess. “Mit dieser Strukturierung senken wir die Reflexion jedoch auf unter fünf Prozent.”

Darüber hinaus wirken die Pyramiden wie die winzigen Wachszacken auf dem berühmten Lotosblatt: Wassertropfen rollen darauf leicht ab und nehmen Staub und andere Verunreinigungen mit sich. Selbst in einer Wüstengegend bilde sich genügend Tau, um diesen Mechanismus in Gang und die Zellen sauber zu halten, so die Forscher. Weitere Untersuchungen müssten nun zeigen, wie haltbar die Oberflächenstruktur sei und ob sich ihre Erzeugung auch in wirtschaftlicher Hinsicht lohne.

Forschung: Yonghao Xiu, Yan Liu, Dennis W. Hess und Ching-Ping Wong, School of Chemical and Biomolecular Engineering und School of Materials Science and Engineering, Georgia Institute of Technology, Atlanta

Präsentation auf dem Spring 2009 National Meeting of the American Chemical Society, Salt Lake City; #PMSE 161

WWW:
Materials Science and Engineering, Georgia Institute of Technology
Solarzelle

Lesen Sie dazu im Scienceticker:
Mehr Solarstrom dank Zahnbein
Mehr Strom aus Licht mit Nanoröhrchen

Möchten Sie den Beitrag bewerten?