Neue Beiträge zu Nano-Solarzellen

Nach langer Zeit bin ich wieder einmal dazu gekommen, einige Ergebnisse meiner Recherche zu nanotechnikbasierten Solarzellen zusammenzufassen. (Eine Übersicht über alle vorhandenen und geplanten Beiträge gibts hier).

Ich stelle die Texte dazu diesmal nicht in meinen Blog, sondern auf eine Website, wo sie unter folgenden Links zu erreichen sind:

 

Als Expertin im Dialog zur Nanotechnik

Aufgrund meiner bisherigen Veröffentlichungen zur Nanotechnik wurde ich doch tatsächlich in eine „Experten-“Gruppe berufen. Ich nahm deshalb am 27.10 an einem sog. „Gruppendelphi“ in Stuttgart teil.

 

Fluoreszenz-Konzentratoren

Fluoreszenz-Konzentratoren zum Einfangen des Sonnenlichts gehören nicht direkt zu den nanobasierten Techniken in der Photovoltaik. Lediglich neuere Formen von Fluoreszenz-Konzentratoren (auch „-kollektoren“ genannt) verwenden auch nanoteilchenbasierte Quantendots.

Trotzdem möchte ich hier diese Technik etwas genauer vorstellen, weil sie kaum bekannt ist und letztlich auch die Nanotechnik-Neuerungen nur vor dem Hintergrund der Grundtechnik verständlich werden.

 

Nano-Tinten für Solarzellen

So sieht eine technische Utopie aus: Neben einem Elektromotor und einem hydraulischen Getriebe soll der Hauptrahmen dieses E-Riders mit einer photoaktiven Schicht versehen sein, die auch Solarenergie zum Antrieb und für die technischen Spielereien dieses High-Tech-Geräts nutzt. Diese Schicht wird über eine Nanoteilchen-Tinte aufgetragen.

Nanotinten sind auch die erste Anwendung der Nanotechnik, die im Bereich der Solarzellen bekannt wurden.

 

Physikalische Grundlagen der neuen Solarzellengenerationen

Um das Neue an den neuen Solarzellenkonzepten einschätzen zu können, muss natürlich auch die Vorgeschichte und jene Technologie, die durch die neuen perfektioniert oder gar abgelöst wird, bekannt sein.

Die Standard-Silizium-Solarzelle

In Solarzellen wird Strahlungsenergie aus dem von der Sonne kommenden Licht in elektrischen Strom umgewandelt.

Funktionsweise einer Solarzelle (Quelle: Wikipedia,
zu ergänzen ist, dass seit ca. 2000 die Antireflexschichten meist aus aus einer Siliziumnitrid (SiN-)Schicht bestehen)

 

Auf dem Weg zur „3. Generation“

In der Photovoltaikindustrie sind alle Bemühungen darauf gerichtet, die Kosten pro Watt im Laufe der Zeit zu senken. Erfahrungsgemäß sinken die Kosten umso stärker, je mehr Erzeugnisse derselben Art schon hergestellt wurden; bei der Photovoltaik sinken die Kosten in Abhängigkeit von der bereits installierten Leistung.

Diese sog. Lernkurve sank bisher beinahe stetig (ausgenommen die Zeit um 2004 wegen dem Anstieg der Siliziumpreise) und ein weiteres Sinken der Lernkurve ist zu erwarten. In der Zukunft muss dabei jedoch zwischen den verschiedenen Technologien stärker differenziert werden.

 

Teil I: Nanotechnik (für Solarzellen)

Die Nanotechnik ist eine „ermöglichende“ Querschnittstechnik, deren Bedeutsamkeit sich vor allem daraus ergibt, dass die Objekte von vielen Wissenschaften und Techniken eine wesentliche Grundlage im Nanobereich haben (atomare und Molekülvorgänge als Ursache für vieles). Auf diese Weise führt der Umgang mit Objekten im Nanobereich zu einer „Konvergenz“ der bisher getrennten Bereiche Nano-, Bio-, Informations-, Kognitionsforschung und -technik („NBIC-Convergence“).

Aus diesem Grund wird die Nanotechnologie häufig auch als Ausgangspunkt einer „dritten industriellen Revolution“ gesehen. Techniken, die eine Sprengkraft besitzen, mit welchem die bestehenden Märkte umgewälzt werden können, werden auch „disruptive Technologien“ genannt. Von der Nanotechnik wird erwartet, in den meisten Bereichen solch eine disruptive Technologie zu sein.

 

Nanotechnik für die Photovoltaik – Einleitung

(Quelle: Nanosolar)

Mein Blogbeitrag zu Nanosolarzellen aus diesem Blog ist einer der am häufigsten aufgerufenen. Dieses anhaltende Interesse an solch einem Teilthema verblüfft mich doch einigermaßen. Aber es motiviert mich auch, dieses Thema weiter zu verfolgen. Denn vor allem ist mir bewusst, dass unter „Nanosolarzellen“ viel mehr zu verstehen ist, als die zwar für die Photovoltaik neuartigen, für das Thema „Nano“ aber schon eher als traditionell einzustufenden Farbstoff- und Polymersolarzellen.

Über völlig neuartige Konzepte, die z.B. auf Quantendots bzw. auf plasmonischen Oberflächenstrukturen basieren, wird inzwischen häufig berichtet – jedes einzelne Forschungsprojekt bringt Pressemeldungen hervor, die sich überschlagen vor Euphorie.

 

Nanotechnik für die Photovoltaik – Inhaltsverzeichnis

• Einleitung
• Teil I: Nanotechnik
• Teil II: Nanotechnik in der Photovoltaik
• II.1 Auf dem Weg zur „3. Generation“
• II.2 Physikalische Grundlagen der neuen Solarzellengenerationen
• Zwischenspiel: Fluoreszenz-Konzentratoren
• II.3 Erste Nano-Tinten und –schichten (Innovalight, Nanosolar, HelioVolt)
• Teil III: Nanobeschichtungen und Photonenmanagement
• Nanobeschichtungen zur Entspiegelung von Solarmodulen und -zellen
• 3D-Nano-Solarzellen
• Teil VI: Quantendot-Solarzellen
• Teil VII: Farbstoff-, organische und Hybrid-Solarzellen
• Literatur (kommt ganz zum Schluss)

 

Nanotechnik als „Cleantech“? – Nanotechnik IX

Quelle: BUND-Website

Im Zusammenhang mit den Heilsversprechen durch Nanotechnik spielt die Umweltfrage eine große Rolle. Nanotechnik soll die Umwelt retten, ohne unsere Konsummuster und Produktionsweise in Frage zu stellen. Rein technisch gibt es auch viele Möglichkeiten – aber es legen sich auch schwarze Schatten auf die grünen Versprechungen: