UMWELTnanoTECH

UMWELTVERTRäGLICHE ANWENDUNGEN DER NANOTECHNOLOGIE

6 Nanostrukturen für umweltfreundliche Hybrid-Photovoltaikzellen

Arbeitsfeld:

Die effiziente Nutzung von Sonnenenergie ist eines der wichtigsten technologischen Ziele des 21. Jahrhunderts, um eine sichere Energieversorgung für die Menschheit bereitzustellen. Nach wie vor ist die Gestaltung von nachhaltigen und wirtschaftlichen Photovoltaikanlagen eine große Herausforderung. Im Projekt sollen Lösungswege für diese Herausforderung entwickelt werden.

Die überwiegende Zahl der gegenwärtig installierten Solarzellen wird aus reinem Silizium hergestellt. Während diese Technologie gut etabliert ist, erfordert die Erzeugung und Verarbeitung des reinen Siliziums einen hohen Aufwand und sehr viel Energie, sodass die resultierenden Solarzellen oft mehrere Jahre eingesetzt werden müssen bis der Energieeinsatz in Form von Solarenergie wiedergewonnen werden kann.

In diesem Projekt sollen die vielversprechendsten Konzepte für Solarzellen der neuen Generation mit nachhaltig verfügbaren Materialien in energiesparenden Herstellungsprozessen kombiniert werden. Hierbei schaffen wir mit Hilfe der Nanotechnologie Strukturen, die durch große innere Grenzflächen ineinandergreifenden Netzwerken die entscheidenden Prozesse der Lichtabsorption und der Umwandlung in Strom so begünstigen, dass auch weniger optimale, aber nachhaltig und preisgünstig verfügbare Materialien für effiziente „Hybridsolarzellen“ genutzt werden können. Entsprechend verwenden wir nachhaltige keramische Pigmente und Metalloxide und setzen geeignete Niedrigtemperaturprozesse für die Herstellung der Solarzellen ein. Die hierfür entscheidend wichtige Nanostrukturierung wird u. a. mit Hilfe von hochverfügbaren biologischen Mitteln erreicht, die natürliche Strukturen nachahmen.

In ersten Arbeiten haben wir Niedrigtemperatursynthesen für Hybrid-Solarzellen basierend auf neuartigen organisch-anorganischen Perowskiten entwickelt1,2. Diese Materialien können sowohl als Absorber als auch als Elektronen- und Lochleiter dienen. Weiterhin wurden nanostrukturierte transparente leitende Oxidmaterialien auf der Basis von extrem kleinen Nanoteilchen und Nanodrähten entwickelt, die als Elektroden dienen sollen. Schließlich haben wir nanostrukturierte Metalloxide mittels Templatierung durch kristalline Nanozellulose erzeugt, die ebenfalls als Elektrodenmaterialien eingesetzt werden sollen.

In der nächsten Phase des Projekts sollen elektronenleitende Nanostrukturen hinsichtlich ihres Zusammenspiels mit Polymeren sowie anorganischen Lochleitern optimiert werden. Anschließend werden diese optimierten Materialien in Hybrid-Solarzellen eingesetzt und ausführlich charakterisiert.
Durch die kontrollierte Herstellung der oben genannten Nanostrukturen soll die Effizienz der resultierenden Hybrid-Solarzellen entscheidend verbessert werden.