Neue Materialien für die Photovoltaik
Forscher möchten Effizienz neuartiger Hybrid-Solarzellen und -Techniken steigern und Herstellungskosten dabei minimieren
Das Helmholtz-Zentrum Berlin und das Forschungszentrum Jülich bilden zusammen mit der Humboldt-Universität zu Berlin, der Universität Potsdam und der Freien Universität Berlin eine der drei neuen Energie-Allianzen, die von der Helmholtz-Gemeinschaft ins Leben gerufen wurden. Ziel dieser Energie-Allianz mit dem Namen „Anorganisch/organische Hybrid-Solarzellen und -Techniken für die Photovoltaik“ ist es, den drängenden Forschungsbedarf zum raschen Umbau der Energieversorgung gezielt zu decken. Die Vorhaben werden durch den Impuls- und Vernetzungsfonds der Helmholtz-Gemeinschaft für drei Jahre gefördert, wobei die universitären Partner zusätzlich eigene Mittel einbringen. Eine Fortsetzung der Forschung, auch über die drei Jahre hinaus, ist geplant.
Silizium ist bislang immer noch das meist verwendete Material in Solarzellen. Darüber hinaus gibt es Anstrengungen, andere anorganische Halbleiter wie Kupfer-Indium-Sulfid/Selenid oder auch Gallium-Arsenid-Verbindungen einzusetzen. Sogar organische Materialien können verwendet werden, um das Sonnenlicht in elektrische Energie umzuwandeln. Jede einzelne Materialklasse hat jedoch auch Nachteile, beispielsweise relativ hohe Herstellungskosten bei anorganischen Halbleitern und vergleichsweise niedrige Wirkungsgrade bei den organischen Solarzellen aus kleinen Molekülen oder Polymeren. Eine ganz neue Möglichkeit besteht nun darin, anorganische und organische Materialien zu kombinieren, um die jeweiligen Vorteile ausnutzen und Nachteile – soweit wie möglich – kompensieren zu können. Von solchen sogenannten Hybrid-Solarzellen versprechen sich Experten sowohl eine Steigerung der Effizienz als auch eine Reduktion der Herstellungskosten. Diesem neuen Forschungsansatz widmet sich die Helmholtz-Energie-Allianz der Berliner, Potsdamer und Jülicher Partner. Sie bündelt die Expertise, die zu diesen zwei ganz unterschiedlichen Materialklassen in den beteiligten Forschungszentren und Universitäten vorhanden ist. Die Helmholtz-Energie-Allianz „Anorganisch/organische Hybrid-Solarzellen und -Techniken für die Photovoltaik“ will damit das hochaktuelle Forschungsfeld entscheidend vorantreiben.
Im Mittelpunkt der Forschung stehen Prozesse, die an den Grenzflächen zwischen anorganischen Halbleitern und organischen Materialien bislang noch die effektive Stromerzeugung in der Solarzelle begrenzen. Um die Effektivität solcher Solarzell-Anordnungen zu verbessern, setzen die Forscher unter anderem auf Nanostrukturen. So sollen anorganische Nanopartikel und Nanodrähte in organische Materialien eingebracht werden, wobei zugleich auf eine kostengünstige Fertigung solcher Syntheseverfahren geachtet wird. Vielversprechend ist außerdem die Einbettung organischer Halbleiter zwischen anorganische Nanosäulen.
„Aufgrund der Komplexität der angestrebten Systeme wird die Forschung und Entwicklung von Hybrid-Konzepten für die Photovoltaik nicht schon nach den drei Jahren der Förderperiode abgeschlossen sein können. Die Energie-Allianz aber ermöglicht es uns, die Arbeiten mit einer langfristigen Perspektive im Raum Berlin-Potsdam mit den Kollegen aus Jülich fortzuführen", so der Sprecher der Energie-Allianz, Prof. Norbert Koch.
Durch die Helmholtz-Energie-Allianz werden laufende Aktivitäten soweit gestärkt, dass ein international sichtbares Zentrum für Forschung und Entwicklung innovativer Hybrid-Photovoltaik entsteht: das gemeinschaftlich vom Helmholtz-Zentrum Berlin, dem Forschungszentrum Jülich, der Humboldt-Universität zu Berlin, der Freien Universität Berlin, der Technischen Universität Berlin und der Universität Potsdam betriebene "Zentrum für Hybrid-Photovoltaik" im Integrative Research Institute for the Sciences IRIS Adlershof der Humboldt-Universität und am Wilhelm-Conrad-Röntgen Campus des HZB. Dieses Zentrum verknüpft einerseits virtuell die Aktivitäten der Partner und bekommt andererseits auch eine reale räumliche Heimat am Wissenschafts- und Technologiepark Berlin-Adlershof. Als weiterer Partner assoziiert ist das Berliner Kompetenzzentrum Dünnschicht- und Nanotechnologie für Photovoltaik, PVcomB.
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