onside-Artikel: "Weltrekord mit Kieler Hilfe"

12.03.2009	Förderung / Wind- und Sonnenenergie
Weltrekord mit Kieler Hilfe Für manchen Materialforscher gilt TEM als König unter den strukturanalytischen Verfahren. TEM, das steht für Transmissionselektronenmikroskopie und damit für eine Methode, bei der dünne Probenschnitte eines Objektes von Elektronen durchstrahlt werden. Aufgrund der geringen Wellenlänge eines Elektronenstrahls kann mit dieser Technik ein sehr viel höheres Auflösungsvermögen erreicht werden als etwa mit Lichtmikroskopen. Im Nanolabor der Uni Kiel steht Wissenschaftlern ein solches Transmissionselektronenmikroskop zur Verfügung. Jetzt haben Kieler Forscher bei einem Weltrekord der besonderen Art mitgeholfen. So ist es einem Team aus Wissenschaftlern am Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme (ISE) in Freiburg gelungen, eine so genannte metamorphe Mehrfachsolarzelle zu entwickeln, die Sonnenlicht mit einem bisher unerreichten Wirkungsgrad von 41,1 Prozent in elektrischen Strom umwandelt. Metamorphe Mehrfachsolarzellen sind spezielle Solarzellen, die aus einer Kombination verschiedener Halbleitermaterialien entwickelt werden. So besteht die Weltrekordzelle aus den drei Halbleitermaterialien Gallium-Indium-Phosphid, Gallium-Indium-Arsenid und Germanium. Die Weltrekordsolarzelle aus Ga0.35In0.65P/ Ga0.83In0.17As/Ge mit einer Zellfläche von 5,09 Quadratmillimetern Foto/Copyright: ISE Diese Materialien sind nach Angaben der Wissenschaftler optimal für die Umwandlung von Sonnenlicht in Strom geeignet. Allerdings lassen sie sich nur mit Hilfe eines Tricks – des metamorphen Wachstums – miteinander kombinieren. Denn im Gegensatz zu herkömmlichen sind die metamorphen Mehrfachsolarzellen so beschaffen, dass die Halbleiter nicht denselben Abstand der Atome im Kristall, die so genannte Gitterkonstante, besitzen. Dies erschwert das Wachstum der Halbleiterschichten, da sich an den Übergängen von Materialien mit unterschiedlicher Gitterkonstante eine Spannung bildet, die zu Defekten führt. Die Wissenschaftler bekommen das Problem in den Griff, indem sie die Defekte in einem Bereich der Solarzelle lokalisieren, der nicht elektrisch aktiv ist. So bleiben die aktiven Bereiche der Solarzelle weitgehend defektfrei. “Dies ist ein besonders gutes Beispiel dafür, wie die Kontrolle von Kristalldefekten in Halbleitern zu einem Durchbruch in der Technologie führt“, sagt Prof. Eicke R. Weber, Leiter des Fraunhofer ISE. Die Kontrolle der Kristalldefekte erfolgte im Nanolabor der Uni Kiel. Unterstützt durch Gelder der Landesregierung, der Innovationsstiftung Schleswig-Holstein und dem Fraunhofer-Institut für Siliziumtechnologie aus Itzehoe konnte die Hochschule das 1,75 Millionen Euro teure Transmissionselektronenmikroskop vor drei Jahren in Betrieb nehmen. Die Untersuchungen an der fünf Quadratmillimeter kleinen Weltrekord-Solarzelle hat Diplom-Ingenieur Jan Schöne in Zusammenarbeit mit den Fraunhofer Forschern und der Kieler Arbeitsgruppe Mikrostrukturanlaytik von Professor Wolfgang Jäger durchgeführt. Das kontrollierte Kristallwachstum erlaubt es, einen weitaus größeren Bereich bestimmter Halbleiterverbindungen für Dreifachsolarzellen zu nutzen. Bei den Strukturen ist es entscheidend, das Sonnenspektrum durch geeignete Wahl der Materialien in drei gleich große Spektralbereiche aufzuteilen. So generieren alle Teilzellen den gleichen Strom. Dies sei ein wichtiges Argument für eine seriell verschaltete Solarzelle, in der der Strom des Bauelements stets durch den kleinsten Strom einer Teilzelle limitiert wird, erklärten die Forscher. Die hoch effizienten Mehrfachsolarzellen sollen in Solarkraftwerke in Ländern mit viel direktem Sonnenlicht zum Einsatz kommen.
Mikrostrukturanalytik der Uni Kiel Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE

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