Elektrotechniker der Uni Kassel haben effizienteste Nanodraht-Zelle mitentwickelt

Mit Draht zum Solarrekord

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Noch mehr rauszuholen: Kasseler Wissenschaftler haben die effizienteste Nanodraht-Solarzelle der Welt entwickelt. Durch Weiterentwicklung der Technik kann die Energieausbeute gesteigert werden. Unser Bild zeigt einen Solarpark in Thüringen.

Kassel. Weltrekord für Kasseler Wissenschaftler: Ein vierköpfiges Forscherteam um Prof. Bernd Witzigmann vom Fachgebiet Theorie der Elektrotechnik und Photonik hat mitgeholfen, die effizienteste Nanodraht-Solarzelle der Welt zu bauen.

Ihr Wirkungsgrad erreicht 13,8 Prozent. Damit wird fast ein Siebtel des eingefangenen Sonnenlichts in Strom umgewandelt. Die alte Bestmarke lag bei vier Prozent.

„Das ist ein Meilenstein für Nanodraht-Solarzellen“, sagt Witzigmann (43), der den Spitzenwert in einem Forschungsverbund mit sechs europäischen Kooperationspartnern erreichte. Herkömmliche Fotovoltaikanlagen auf Hausdächern hätten zwar heute einen Wirkungsgrad von etwa 15 bis 20 Prozent. „Diese Technologie ist mittlerweile aber ausgereizt.“ Nanodraht-Solarzellen seien für große Solarparks gedacht und mit Effizienz-Prognosen von mehr als 50 Prozent eine Zukunftstechnologie.

Basis der Hochleistungszellen ist ein dünner Silizium-Träger. Dieser wird mit Löchern versehen, in denen mithilfe eines Wachstumsreaktors aus Gasen Kristalle der Halbleiterverbindung Indiumphosphid erzeugt werden. „Binnen weniger Minuten wachsen dann auf einer zwei mal zwei Zentimeter großen Fläche etwa 1,8 Milliarden Drähte“, sagt der Professor. Nanodrähte erreichen eine Höhe von 2000 Nanometern und 200 Nanometer Durchmesser. Zum Vergleich: Das menschliche Haar ist etwa 80 000 Nanometer breit.

„Bisher brauchten Hochleistungssolarzellen einen dicken Träger aus Indiumphosphid und waren sehr teuer“, beschreibt Witzigmann die Basisschicht der Zelle. Doch die Forscher fanden heraus, dass der Träger keinen Einfluss auf die Funktion hat. „Wir nehmen mit Silizium ein wesentlich billigeres Trägermaterial und benötigen nur noch einen Bruchteil der Menge an teurem Material“, erklärt er.

Bernd Witzigmann

Nanodrähte seien zwar auch teuer, doch das lohne sich. „Richtig angeordnet können sie mehr Sonnenenergie speichern als frühere Solarzellen.“ Unterstützt werden sie im Solarmodul von einer Kunststofflinse. Wie eine Lupe bündelt sie das Sonnenlicht und sorgt dafür, dass die zu einem Modul zusammengesetzten Zellen besonders effizient sind.

Vier Jahre haben die Wissenschaftler an dem von der EU mit 4,2 Millionen Euro geförderten Projekt „Amon-Ra“, das namentlich auf einen ägyptischen Sonnengott verweist, geforscht. Das Kasseler Team entwickelte dafür aufwendige Computersimulationen. „Wir haben beispielsweise die komplette Geometrie und Funktionsweise der Drähte modelliert“, sagt Witzigmann.

Der Professor geht davon aus, dass der Weltrekord von 13,8 Prozent Wirkungsgrad nicht lange bestehen wird. „Das theoretische Limit liegt bei über 50 Prozent. Ich schätze, dass in den nächsten drei bis fünf Jahren diese Marke geknackt wird“, sagt er. Doch das werde er dann sportlich nehmen. Schließlich bilden seine Ergebnisse eine wichtige Grundlage für weitere Bestwerte. Foto: Schaffner

Von Sebastian Schaffner

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