Photovoltaik: Seltene Erden steigern Lichtausbeute

Halle an der Saale – Durch neue Beschichtungen wollen verschiedene Forschungseinrichtungen den Wirkungsgrad von Solarzellen erhöhen und die optische Datenübertragung in der Mikroelektronik verbessern. Die Lichtausbeute soll dabei auch mit Hilfe von Seltenerdmetallen gesteigert werden.

Den Wirkungsgrad von Solarzellen durch neue Beschichtungen erhöhen und die optische Datenübertragung in der Mikroelektronik verbessern, das ist das Ziel des Zentrums für Innovationskompetenz ZIK SiLi-nano in Halle an der Saale. Zum Jahresbeginn übergibt das Zentrum die Führung der Nachwuchsgruppe Light2Silicon an den Physiker Dr. Dominik Lausch vom Fraunhofer-Center für Silizium-Photovoltaik (CSP).

Umwandlung von Licht in elektrischen Strom
Während elektronische Schaltkreise in Mikro- und Leistungselektronik detailliert erforscht sind, besteht für die Integration von optischen Bauteilen laut dem Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik (IWM) noch Forschungsbedarf. Insbesondere die Umwandlung von Licht in elektrischen Strom sei derzeit für die Wissenschaft interessant. Genau an diesen Punkten setzt die Nachwuchsgruppe Light2Silicon in Halle an. In dieser bündeln das Institut für Physik der Universität Halle-Wittenberg, das Max Planck-Institut für Mikrostrukturphysik und das Fraunhofer IWM sowie das Fraunhofer CSP ihre Kompetenzen. „Durch die enge Verzahnung von universitären und außeruniversitären Forschungseinrichtungen gelingt eine beispiellose wissenschaftliche Durchdringung des Themas mit hohen Synergien“, sagt Professor Ralf B. Wehrspohn, Mitinitiator des Zentrums und Leiter des Fraunhofer IWM Halle.

Seltene Erden können Wirkungsgrad steigern
Um den Wirkungsgrad von Solarzellen weiter zu erhöhen, optimieren die Forscher der Light2Silicon die Einkapselungs-Materialien mit Hilfe der sogenannten up-and down-Konversion. Dabei wird das einfallende Licht so verändert, dass es in den für Solarzellen nutzbaren Energiebereich verschoben wird. Damit kann die Lichtausbeute und der Wirkungsgrad der Zelle erhöht werden. Dafür werden beispielsweise Seltenerden als Aktivator zur Anpassung optisch aktiver Glaskeramiken verwendet.

Als wichtiges Ergebnis konnte Light2Silicon die Effektivität von verschiedenen Konversions-leuchtstoffen für Silizium-Solarzellen evaluieren. Bei der up-Konversion legten die Wissenschaftler das Hauptaugenmerk auf Neodym in Zirkonfluoridgläsern und darauf basierende Glaskeramiken. „Die Gruppe konnte so Neodym als bestes Material für die up-Konversion des in der Solarzelle nicht genutzten Anteils der Infrarotstrahlung identifizieren, während in der Literatur bisher meist Erbium für diesen Zweck favorisiert wurde“, fasst Lausch die Forschungsergebnisse zusammen.