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„Junior Einstein-Award“ für Dr. Thomas Müller

Neue Wege für größere Effizienz bei umweltfreundlicher Stromgewinnung honoriert

Hagen ist gemeinhin nicht die Stadt, die man mit Solarzellenentwicklung in Verbindung bringt – für ein solches Image scheint hier die Sonne zu wenig. Doch Dank des Lehrgebiets Bauelemente der Elektrotechnik der FernUniversität in Hagen hat die Stadt in der einschlägigen Fachwelt einen durchaus guten Namen: „Wir liegen mit unseren Ergebnissen – hinter einem japanischen Weltkonzern und einem deutschen Spitzenforschungsinstitut mit mehreren hundert Beschäftigten – weltweit an dritter Stelle. Und das mit nur drei Wissenschaftlern, die zu Solarzellen forschen!“ freut sich der Leiter des Lehrgebiets, Prof. Dr. Wolfgang Fahrner. Sein Mitarbeiter Dr. Thomas Müller hat einen neuen Weltrekord von Ladungsträger-Lebensdauern aufgestellt: 5 Millisekunden. Und für seine Promotionsarbeit „Oberflächen-Passivierung durch Plasma-abgeschiedene amorphe Silizium-Suboxide für Heterostruktur-Solarzellen“ den renommierten „SolarWorld Junior Einstein-Award“ der SolarWorld AG erhalten.

Freute sich über den großen Erfolg seines Mitarbeiters Dr. Thomas Müller (re.): Prof. Wolfgang Fahrner

In seiner Dissertation über die Verbesserung der Oberflächen-Passivierung von Solarzellen hatte sich Thomas Müller mit amorphen Siliziumschichten zur Oberflächenpassivierung, Emitter- und Rückseitenbeschichtung auf kristallinem Silizium beschäftigt. „Die Arbeit zeugt von einem tiefen Verständnis der Materialien und Verfahren. Dabei verfolgte Dr. Thomas Müller gleich mehrere Wege, um effizientere Solarzellen zu entwickeln“, heißt es in der Begründung der Einstein-Award-Jury. Der mit 5.000 Euro ausgestattete Preis ist wohl der am höchsten dotierte für einen Nachwuchswissenschaftler in diesem Technologiefeld. Zum vierten Mal wurde er im Rahmen der 24. Europäischen Photovoltaikkonferenz in Hamburg vor mehreren hundert Gästen aus der Solarbranche verliehen.

Mit Silizium-Solarzellen befasst Müller sich schon lange. Durch Sonnenlicht werden an der Oberfläche freie Ladungsträger erzeugt, die schnell wieder nach außen entweichen. Durch eine „Oberflächen-Passivierung“ bleiben sie jedoch erhalten und tragen zur Strom-Gewinnung bei, so dass der Wirkungsgrad der Solarzelle steigt. Die Zelle wird dafür mit einer Isolationsschicht umgeben, die Licht am Eindringen hindert. Die Folgen: weniger freie Ladungsträger, aber auch weniger Stromerzeugung. An der Lösung dieses Konflikts wird weltweit geforscht.

Solarzellen auf einer Wafer-Scheibe

Müller ging hierfür ganz neue Wege. Um gleichzeitig mehr Lichtdurchlässigkeit und bessere Isolation zu erhalten entschied er sich für eine neue Materialkombination: Heterostruktur-Solarzellen aus amorphem Silizium-Oxid. Durch sein Verfahren können die Oberflächen-Passivierung der Heterostruktur-Solarzellen und somit letztendlich die Zellen selbst verbessert werden. Das Entweichen von Ladungsträgern an der amorph-kristallinen Grenzfläche wird verhindert, die Zellen erzeugen mehr Strom. Gegenüber kristallinen Silizium-Solarzellen oder amorphen Dünnschicht-Silizium-Solarzellen können sie zudem energiesparend bei wesentlich niedrigeren Temperaturen hergestellt werden – auch dies ein wichtiger Entscheidungsgrund der Preisjury.

Bei seiner vierjährigen Forschung für eine möglichst effektive Oberflächenpassivierung spielte die Plasmakammer im Reinraum der FernUniversität für den Preisträger eine wichtige Rolle: „Das Schöne ist, dass wir hier unser Material selbst herstellen, charakterisieren, untersuchen, daraus fertige Solarzellen herstellen und wiederum selbst charakterisieren können.“ Besonders gefällt ihm, dass – anders als in anderen Forschungseinrichtungen – „jeder Doktorand jedes Gerät bedienen“ kann und muss: „Das waren für mich optimale Arbeitsbedingungen!“ Zurzeit befasst sich Dr. Müller mit weiteren Möglichkeiten zur Effizienzsteigerung von Solarzellen.

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