In den vergangenen Jahren hatten Leipziger Wissenschaftler schon transparente Bildschirme und Transistoren aus Zink- und Nickeloxid entwickelt. Nun ist es ihnen gelungen, mit diesen Materialien auch lichtdurchlässige Sonnenstrom-Produzenten zu konstruieren.

Für ihre teiltransparente Labor-Solarzelle nutzen die Experimentalphysiker die elektrischen Kontakte eines Transistorgehäuses. Foto: Swen Reichhold / Universität Leipzig


Physiker der Universität Leipzig haben eine teiltransparente Solarzelle entwickelt. Sie bestehe aus den Oxiden der preisgünstigen und einfach verfügbaren Metalle Zink und Nickel, teilte die Universität mit. Die Solarzelle könne ultraviolettes Licht absorbieren und sei für die großflächige Anwendung – etwa auf Glasflächen – geeignet. Der neuartige Sonnenstrom-Produzent ist von den Experimentalphysikern Marius Grundmann und Robert Karsthof in dem dreijährigen Forschungsprojekt „Transparente photovoltaische Zellen" konstruiert worden, das die Sächsische Aufbaubank gefördert hatte. Die Forscher haben ihre Neuerung im kürzlich erschienenen Band des Fachjournals „Physica Status Solidi“ beschrieben.

Grundmann hatte in der Vergangenheit bereits transparente Bildschirme und Transistoren aus den gleichen Materialien entwickelt. Die dabei gewonnenen Erkenntnisse hat er nun gemeinsam mit seinem Kollegen Karsthof auf eine Solarzelle im Labormaßstab von einem Quadratzentimeter Fläche und 0,5 Millimeter Dicke übertragen. Wie Grundmann auf Anfrage mitteilte, besteht die Zelle neben einem durchsichtigen Trägersubstrat aus einer 180 Nanometer dünnen Zinkoxid-Schicht und aus einer 16 nm dünnen Nickeloxid-Schicht. Das einfallende ultraviolette Licht wird im wesentlichen in der Zinkoxid-Schicht absorbiert. Am Halbleiter-Übergang zur Nickeloxid-Schicht werden bei einfallendem Licht die elektrischen Ladungsträger getrennt, so dass ein fotoelektrischer Effekt entsteht und Strom fließen kann.

 

Ausbaufähige Transparenz

Die Labor-Solarzelle erreicht derzeit eine maximale Stromleistung von 0,1 Milliwatt und eine Lichtdurchlässigkeit von 50 Prozent. Da die Leipziger Physiker bereits bei Transistoren aus den gleichen Materialien eine Lichtdurchlässigkeit von 86 % erzielt haben, halten sie bei den Solarzellen eine Transparenz von 90 % für machbar. In ihren nächsten Experimenten wollen sie nun die noch teiltransparenten Solarzellen mit anderen transparenten Bauelementen wie Oszillatoren, Sensoren und Verstärkern koppeln und so mit Strom versorgen.

Bis die neuartigen Solarzellen auf Basis von Zink- und Nickeloxid industriell gefertigt werden können, wird es nach Grundmanns Einschätzung noch mehrere Jahre dauern. Doch die Chancen für eine breite Anwendung hält er für gut. So sei es möglich, die Solarzellen auf einer Fensterscheibe anzubringen, die dann trotzdem noch transparent bleibe. Mit dem erzeugten Solarstrom könnten beispielsweise ein Handy aufgeladen oder Sensoren für die Temperaturmessung betrieben werden.

An der Solarstrom-Produktion mit teiltransparenten Materialien wird auch anderswo schon gearbeitet. So hat das Dresdner Unternehmen Heliatek eine organische Solarfolie entwickelt, die eine Lichtdurchlässigkeit von bis zu 50 % ermöglichen soll.


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