Winzige Pyramiden für bessere - und sauberere - Solarzellen
"Je mehr Sonnenlicht in die photovoltaischen Zellen hineingelangt und je weniger reflektiert wird, desto höher kann die Effizienz sein", erklärt C. P. Wong, Materialforscher am Georgia Institute of Technology. Sein Team entwickelte eine zweistufige Methode, um Strukturen in die Siliziumoberfläche zu ätzen. Zunächst legten sie winzige Pyramiden frei, um diese dann mit noch kleineren Grübchen zu überziehen. So behandelten sie im ersten Schritt die Siliziumoberfläche mit einer Kalilauge (KOH). Diese ätzt das Material vor allem entlang der Kristallflächen des Siliziums ab, so dass Pyramiden von nur wenigen Mikrometern Größe entstehen. Dann folgt Schritt zwei mit einer Lösung aus Flusssäure und Wasserstoffperoxid sowie Gold als Katalysator: Kleinste Goldpartikel, die später mit Kaliumiodidlösung wieder entfernt werden, sorgen indirekt für nur Nanometer kleine Grübchen, die die Pyramidenstruktur zusätzlich überdecken. Zum Abschluss folgt ein wasserabweisender Film aus Perfluoroctyl-Trichrolosilan.
Ergebnis ist eine gezielt angeraute Oberfläche, deren Kombination aus Pyramiden und Grübchen das einfallende Licht in schrägen Winkeln reflektiert, statt es direkt wieder zurückzusenden. So gelangen mehr der Strahlen in die Oberfläche hinein. Eine normale Siliziumoberfläche hingegen reflektiert einen großen Teil des eintreffenden Lichts. Kürzlich hatte ein anderes Forscherteam diesen Effekt erzielt, als es die matten Oberflächen von Mottenaugen nachbaute. Die Pyramidenoberfläche allerdings sorgt obendrein für Selbstreinigung - so dass wiederum mehr Licht in die Zelle hineingelangt, denn Schmutz kann rund zehn Prozent.des Lichts zurückhalten. Wie die Blätter der Lotospflanze bietet sie Wassertropfen nicht genügend Halt, so dass diese abrollen müssen. Dabei nehmen sie aufliegende Staub- und Schmutzpartikel mit. Das sollte sogar in trockeneren und in Wüstengebieten funktionieren, so die Forscher, da die Feuchtigkeit des Morgentaus ausreichen dürfte.
Derzeit untersuchen die Forscher, wie robust ihre Oberflächenstrukturen langfristig sind - oder wie robust sie sich machen lassen. Kostenschätzungen hat das Team noch nicht unternommen. Doch sei zu vermuten, dass das zusätzliche Ätzen und Vakuumbeschichten die bisher schon komplizierten Herstellungsprozess von Silizium-Solarzellen nicht dramatisch verteuern sollten.