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Rubrik: Science Life |
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Photovoltaik: Gelingt der Durchbruch mit Dünnschicht-Solarzellen? Hauchdünn und biegsam | |
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Dünnschicht-Solarzellen haben gegenüber den klassischen Solarzellen aus kristallinem Silizium viele Vorteile: sie sind bedeutend leichter und benötigen für die Herstellung weniger Material. Eine Forschungsgruppe der ETH Zürich hat nun biegsame Solarzellen auf Kunststofffolien mit guten Wirkungsgraden entwickelt. Von Lukas Denzler Die Photovoltaik erzielte gemäss einer Studie der Bank Sarasin im Jahr 2000 weltweit ein Wachstum von 38 Prozent. Auch für die kommenden Jahre werden jährliche Zuwachsraten von mehr als 20 Prozent vorausgesagt. Der Anteil der Photovoltaik an der gesamten Stromproduktion ist aber immer noch sehr bescheiden. Mit Dünnschicht-Solarzellen, die etwa drei bis fünf Tausendstel Millimeter dick sind, könnte nun der Durchbruch gelingen.
Bessere Wirkungsgrade mit neuen Materialien Einen neuen Typ Dünnschicht-Solarzellen entwickelt derzeit eine Forschungsgruppe des Laboratoriums für Festkörperphysik der ETH Zürich. „Unsere Solarzellen liegen auf einer Kunststofffolie und lassen sich deshalb biegen“, sagt Ayodhya N. Tiwari. Der aus Indien stammende Physiker leitet die Solarzellenforschung im Technopark, die hauptsächlich mit Drittmitteln finanziert wird. Die von der Dünnschichtphysikgruppe entwickelten flexiblen Solarzellen sind nicht nur leicht und biegbar, sie zeichnen sich auch durch sehr gute Wirkungsgrade aus. Am meisten verbreitet sind heute Solarzellen aus kristallinem Silizium. Diese werden auf Hausdächern montiert oder versorgen abgelegene Anlagen mit Strom. Leichtere Dünnschicht-Solarzellen aus amorphem Silizium kommen beispielsweise bei Taschenrechnern und Uhren zum Einsatz. Die Vorteile dieser dünnen Zellen liegen im geringen Energie- und Materialverbrauch bei der Herstellung. Ihr schlechter Wirkungsgrad ist jedoch ein grosser Nachteil. Um den Wirkungsgrad zu verbessern, werden seit einiger Zeit neue Materialien getestet. Als Alternative zu amorphem Silizium bieten sich Cadmium-Tellurid (CdTe) und Kupfer-Indium-Diselenid (CIS) an. Die auf diesen Materialien basierenden Solarzellen erzielen Wirkungsgrade bis zu 19 Prozent. Auch bezüglich Stabilität und Lebensdauer schneiden CdTe- und CIS-Zellen sehr gut ab.
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Grosses Potenzial für flexible Solarzellen Die Solarzellen-Forscher der ETH Zürich entwickelten ein neues Verfahren, um dünne Solarzellen auf Polymerfolien aufzubringen. Dadurch lassen sich diese biegen und sehr flexibel einsetzen. Aufgeklebt auf Freizeit-Jacken könnten sie beispielsweise Strom für Taschenlampen oder Handys produzieren. Aber auch Kreditkarten und tragbare elektronische Geräte liessen sich mit Dünnschicht-Solarzellen versehen. Ein grosses Potenzial haben Dünnschicht-Solarzellen in der Architektur. Vorgefertigte Module lassen sich einfach in Fassaden integrieren und flexible Solarzellen können sogar auf unebenen Flächen montiert werden. Auch für Anwendungen im Weltraum bieten flexible Solarzellen grosse Vorteile. Bei Satelliten und anderen Weltraumgeräten spielt das Gewicht und die Lebensdauer der Zellen eine wichtige Rolle. Die Europäische Weltraumorganisation ESA hat deshalb die Entwicklung der Dünnschicht-Solarzellen an der ETH Zürich finanziell unterstützt. Ayodhya N. Tiwari glaubt an die Zukunft der Solartechnologie und plädiert für eine globale Sichtweise. Er gibt zu bedenken, dass ein Drittel der Weltbevölkerung heute ohne Strom auskommen muss. Davon betroffen sind vor allem Menschen in den Entwicklungsländern. Diese Länder zeichnen sich durch eine hohe Sonneneinstrahlung aus – ideale Voraussetzungen für die Photovoltaik. Nur müssen die Solarzellen noch billiger werden, so dass die Menschen sich diese auch leisten können. Industriepartnerschaft für Massenproduktion Die Solarzellen der ETH-Forscher sind noch nicht in der Praxis erprobt. „Eine Massenproduktion ist nur zusammen mit einem Industriepartner möglich“, erklärt Ayodhya N. Tiwari. „Die Maschinen für die industrielle Produktion sind sehr teuer“. Bis jetzt wurden im Technopark erst Solarzellen bis zu fünf mal fünf Zentimetern hergestellt. Dank der Unterstützung einer Stiftung können in einem nächsten Schritt für Versuchszwecke nun Solarzellen mit einer rund zehn Mal grösseren Fläche realisiert werden. Um den Dünnschicht-Solarzellen auf dem Markt zum Durchbruch zu verhelfen, ist jedoch eine Partnerschaft mit der Industrie unumgänglich. |
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