Zurück     Diese Woche    Archiv    Diskussionsforum 
Archimède   22. Juni 1999
04.gif (14192 octets) Neue Solarzellen

 

 


Der Planet Saturn mit seinem Ringsystem aus Staub und Gesteinsbrocken. Bei seiner Erforschung haben Astrophysiker einen völlig neuen Zustand von Materie entdeckt. Die Forscher hatten im Labor versucht, die Zustände in bestimmten Staubwolken der Saturnringe nachzuahmen - und zwar mit Hilfe sogenannter Plasmen.

Ein Plasma setzt sich zusammen aus umherschwirrenden, elektrisch geladenen Teilchen. Dann die Sensation: unter bestimmten Bedingungen, die es auf den Saturnringen gar nicht gibt, formierten sich die Teilchen zu einem schwebenden Kristall. Ein völlig neuer Zustand der Materie. Die Forscher können mit diesen schwebenden Kristallen Oberflächen auf ganz neue Art beschichten.

Prof. Dr. Gregor Morfill
Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik

Die Erforschung dieses neuen Materiezustands erlaubt es uns, wenn wir die Kontrolle über diese Teilchen erreichen, beliebige Oberflächen, beliebige Materialien zu erzeugen, und das Interessante ist, daß die Ergebnisse der Astrophysik aus der Weltraumforschung in einen irdischen Bereich hinein Nutzen bringen und damit für die Materialwissenschaften und hoffentlich auch für die Entwicklung neuer Solarzellen neue Impulse geben wird.

Die Entdeckung der Plasmakristalle hat sie möglich gemacht: eine neuartige Solarzelle. Forscher in Paris haben sie entwickelt. Eine Solarzelle, beschichtet mit den Kristallen aus dem Plasma - im Test mit einem doppelt so hohen Wirkungsgrad wie herkömmlich beschichtete Zellen. Die Entwicklung besserer und preiswerterer Solarzellen tut Not - wie das Beispiel der oberpfälzischen Versuchsanlage Neunburg vorm Wald zeigt. Seit über einem Jahrzehnt werden hier Solarzellen getestet. Das Ergebnis: die Technik wird immer verläßlicher, immer robuster gegenüber Umwelteinwirkungen. Aber: sie ist immer noch viel zu teuer.

Peter Hopf
Solar-Wasserstoff-Bayern GmbH

Wir erwarten Preisreduzierungen und das ist unsere Forderung an die Industrie, die mindestens ein Drittel Preisermäßigung bringen müssen. Gleichzeitig müssen diese Solarzellen auch höhere Wirkungsgrade bringen. Wir erwarten Werte deutlich im 10-Prozent-Bereich.

Bislang gibt es zwei Arten von Solarzellen. Die einen haben den erwünschten Wirkungsgrad, sind aber zu teuer in der Herstellung. Die anderen wiederum sind so preiswert wie erwünscht, besitzen aber einen zu geringen Wirkungsgrad. Forscher in aller Welt versuchen nun die Quadratur des Kreises: die Herstellung billiger Solarzellen mit hohem Wirkungsgrad. Die einfache Idee der Wissenschaftler in Paris ist, die Ergebnisse der Astrophysiker über Plasmakristalle in das Gebiet der Solartechnik zu übertragen. Und so funktioniert´s: in einem Ofen, einer Art Mikrowelle, wird ein Plasma mit Siliziumatomen erzeugt. Angeregt durch die elektromagnetische Strahlung schwirren geladene Atome und Elektronen umher. Schaltet man aus, so regnen die Atome auf den Boden ab und bilden eine dünne Schicht, das Basismaterial der Solarzelle.

Und nun kommt das Neue.
Die Forscher verändern bestimmte Bedingungen wie Temperatur oder Druck. Im Plasma entstehen nun winzige Kristalle: Plasmakristalle. Bevor sich jedoch alle Atome zu solchen Kristallen zusammenschließen können, schalten die Pariser Wissenschaftler ihr Plasma aus. Die freien Atome und die kleinen Kristalle regnen ab und bilden eine neuartige Schicht. Si ist halb kristallin, halb amorph: eine Art Zwitterzustand der Materie.  Pariser Wissenschaftler haben die neue Solarzelle mit herkömmlichen Zellen verglichen, die in der gleichen Anlage hergestellt wurden. Das Ergebnis: doppelt so hoher und konstant bleibender Wirkungsgrad. Außerdem kann das Herzstück der Zelle bei Zimmertemperatur hergestellt werden. Die Energieersparnis wird auf ein Drittel geschätzt. Ein Durchbruch für die Photovoltaik?

Dr. Pere Roca I Cabarrocas
Ecole Polytechnique, Paris

Das ist ein Durchbruch, weil wir ein völlig neues Material haben, das die Vorteile von kristallinen Zellen mit den Vorteilen der amorphen kombiniert. Es erlaubt uns, Solarzellen mit stabilen Wirkungsgraden zu bauen. Das ist neu, das ist der Durchbruch, der die Photovoltaik bald billiger machen wird.

Ausgerechnet Paris, könnte man meinen. Die Hauptstadt des Atomstroms als Ausgangspunkt für eine neue Generation von Solarzellen? Doch werden Solarzellen jemals eine solche Lichterflut erzeugen können wie in der französischen Hauptstadt zur Weihnachtszeit? 80.000 Glühbirnen beleuchten die Champs Elysées. Strom wird eben auch nachts gebraucht. Das Speicherproblem ist mit besseren Solarzellen noch nicht gelöst. Einen Ausweg sehen Ingenieure in der solaren Wasserstoffwirtschaft. Dabei erzeugen die Solarzellen elektrische Energie, die Wasser in die Gase Wasserstoff und Sauerstoff spaltet.

Der Wasserstoff kann - ähnlich wie Erdgas - in Tanks gespeichert und jederzeit wieder in Energie umgewandelt werden. Die solare Wasserstoffwirtschaft ist ein System mit vielen verbesserungswürdigen Komponenten. Doch der erste Schritt in die solare Zukunft sind bessere Solarzellen - zum Beispiel mit Hilfe von Plasmakristallen. Die Entdecker der Plasmakristalle, die Garchinger Astrophysiker versuchen, eine Vielzahl kristalliner Verbände im Plasma zu erzeugen. Damit ließen sich maßgeschneiderte Beschichtungen für Solarzellen herstellen - dank der Erforschung der Saturnringe und damit der Entdeckung der Plasmakristalle. Die Energiegewinnung der Zukunft erfolgt direkt von unserem Stern, der Sonne.
Auch dieser Himmelskörper - wie der Saturn -  ist ein Forschungsobjekt der Garchinger Astrophysiker.

  © 1999 ARTE G.E.I.E