April

Solarzellen stabilisiert und ihre Leistungsfähigkeit verbessert

Promotionen von Maria Mühlbauer und Thomas Müller in der Elektrotechnik

Das Prinzip funktioniert ähnlich wie bei einer Thermoskanne: Die sogenannte Oberflächen-Passivierung der Isolierschicht in der Kanne verhindert, dass Energie nach außen entweichen kann. Der Kaffee bleibt also warm. Auf eine Solarzelle übertragen bedeutet dies: Durch das Sonnenlicht werden Ladungsträger erzeugt, die normalerweise schnell wieder nach außen entweichen. Dank der Oberflächen-Passivierung bleiben sie jedoch erhalten und tragen zur Strom-Gewinnung bei – der Wirkungsgrad der Solarzelle erhöht sich.

Promoviete über die Verbesserung der Oberflächen-Passivierung von Solarzellen: Dr. Thomas Müller

Auf dem Gebiet der Oberflächen-Passivierung ist Dr. Thomas Müller Experte. Der wissenschaftliche Mitarbeiter im Lehrgebiet Bauelemente der Elektrotechnik von Prof. Dr. Wolfgang Fahrner in der Fakultät für Mathematik und Informatik der FernUniversität in Hagen schloss am 3. April seine Promotion erfolgreich ab. Geforscht hat er zum Thema „Oberflächen-Passivierung durch Plasma-abgeschiedene amorphe Silizium-Suboxide für Heterostruktur-Solarzellen.“

Amorph-kristalline Heterostruktur-Solarzellen entstehen durch Plasma-Abscheidung von amorphem Silizium auf kristallines Silizium. Silizium ist sozusagen der Basisstoff für Solarzellen. Heterostruktur-Zellen bestehen aus einem kristallinen „Wafer“, der mit einer amorphen Schicht versehen ist. Der „Wafer“ ist die ca. einen Millimeter dicke, kreisrunde oder quadratische Grundplatte, das Substrat. Der Vorteil dieses Typs von Solarzellen ist, dass er bei wesentlich niedrigeren Temperaturen und somit geringerem Energieaufwand hergestellt werden kann als die konventionellen kristallinen Silizium-Solarzellen oder die amorphen Dünnschicht-Silizium-Solarzellen.

Müller hat ein Verfahren entwickelt, mit dem die Oberflächen-Passivierung der Heterostruktur-Solarzellen und somit letztendlich die Zellen selbst verbessert werden. „Die Solarzellen erreichen jetzt einen höheren Wirkungsgrad“, erklärt er, „Mein Verfahren verhindert das Entweichen von durch Sonnenlicht erzeugten Ladungsträgern an der Grenzfläche amorph/kristallin.“ Die Zellen generieren mehr Strom.

Sein Diplom in Elektrotechnik machte der 30-Jährige an der Universität Dortmund und wechselte nach dem Studium an die FernUniversität. Seit Ende 2004 ist er Mitarbeiter von Prof. Fahrner, der Müllers Dissertation zusammen mit Prof. Dr. Heinz-Christop Neitzert von der Universität Salerno betreut hat. Beide Professoren arbeiten bereits seit über 20 Jahren zusammen. Das Verfahren hat Thomas Müller schon auf mehreren Fachkonferenzen vorgestellt.

Dr. Maria Mühlbauer stabilisierte leicht zerbrechliche Solarzellen mit einem Glasträger

Bruchsichere Solarzellen

Bereits einen Tag früher schloss Maria Mühlbauer ihre Promotion ebenfalls erfolgreich ab. Sie hat einen Prozess entwickelt, in dem Solarzellen aus sehr dünnen Siliziumwafern (60 mm/m²) hergestellt werden, die durch einen Glasträger bruchsicher gemacht sind. Wafer-Solarzellen sind frei stehende und daher ursprünglich sehr zerbrechliche Scheiben.

„Die Stabilisierung geschieht in einem Schritt mit der Herstellung des pn-Übergangs, d.h. der Solarzelle“, erklärt Mühlbauer, „das Ganze ist ein und derselbe Herstellungsprozess.“ Anschließend kann die Solarzelle nicht mehr zerbrechen und daher mit industriellen Methoden fertig gestellt werden. „Der Vorteil besteht in der Einsparung von Silizium, das zur Produktion von Solarzellen gebraucht wird und den Großteil der Kosten ausmacht. Auch der einfache und kompakte Herstellungsprozess reduziert Kosten“, sagt sie.

In ihrer Dissertation beschreibt Dr. Mühlbauer das Grundprinzip der Stabilisierung, auf dem eine industrielle Produktion aufbauen könnte, und stellt sogar einige Anwendungen für ihr Konzept vor.

Maria Mühlbauer hat an der FernUniversität Elektrotechnik studiert und wechselte anschließend als externe Promovendin von Prof. Dr. Wolfgang Fahrner ans Zentrum für Angewandte Energieforschung Erlangen, wo sie die notwendigen Forschungen durchgeführt hat. Zweitgutachter der Arbeit war Prof. Dr. Heinz-Christoph Neitzert.

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