Datenbank für anorganische Kristallstrukturen

Solarzellen technisch längst nicht ausgereizt

Für die Suche nach neuen geeigneten kristallinen Verbindungen, wie sie z.B. in Solarzellen verwendet werden, nutzen Forscher die Datenbank für anorganische Kristallstrukturen (ICSD) vom FIZ Karlsruhe

Dreidimensionale Abbildung einer Kristallstruktur, entnommen aus der Datenbank ICSD. Es handelt sich dabei um die kristalline Verbindung Quecksilber-Dirubidiumtetratelluridstannid (HgRb2SnTe4).

Es ist ein langer Weg von der Grundlagenforschung bis zur Einführung eines serienreifen Produkts auf dem Markt. Für Grundlagenforscher ist es dabei wichtig, Zugang zu verlässlichen und fachlich fundierten Kenndaten zu haben. Die genaue Kenntnis der physikalischen und chemischen Eigenschaften der gewählten Ausgangssubstanzen ist unabdingbar, um neue Verbindungsklassen zu entwickeln. Aber erst die geschickte und innovative Kombination all dieser Eigenschaften von Substanzen liefert dem Forscher neue Ideen und Anwendungsgebiete, und mit etwas Glück schafft eine neue Substanz auch den Sprung in die industrielle Anwendung.

Inorganic Crystal Structure Database
Die Technologie der Photovoltaik ist beispielhaft dafür, wie die Materialgrundlagenforschung fortschreitet und neue Wege geht. Noch bestehen heutige Solarzellen mehrheitlich aus Silicium. Das Material Silicium ist schon lange bekannt und seine kristallinen Eigenschaften sind bestens dokumentiert: In ICSD (Inorganic Crystal Structure Database), der anorganischen Kristallstrukturdatenbank von FIZ Karlsruhe – Leibniz-Institut für Informationsinfrastruktur.

Allen Materialen für die Photovoltaik ist eines gemein: Sie bestehen aus Schichten von photoelektrischen Materialien, zu deren Produktion die Kenntnis der kristallinen Eigenschaften unabdingbar ist. Hier ist ICSD eine unverzichtbare Quelle für die Forscher. Sie ist weltweit die größte Datenbank für anorganische Kristallstrukturen mit zurzeit knapp 170 000 Einträgen und geht zurück bis ins Jahr 1913.

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CIGS als Material der Zukunft?
Die Photovoltaik-Technologie ist noch lange nicht am Ende des Innovationsprozesses angelangt. Seit einigen Jahren werden neben dem Silicium auch neue Kristallsysteme erforscht. Die Grundlagenforschung hat bereits mehrere Material-Kandidaten identifiziert, die Silicium in Zukunft ablösen könnten. Sehr vielversprechend sind dabei Materialien aus Kupfer, Indium, Gallium und Selen – kurz CIGS genannt. Hierbei handelt es sich um Kristallsysteme aus den besagten Elementen. Sie könnten das Material der Zukunft für die Photovoltaik sein.

Diese zweite Generation an Halbleitermaterialien hat einige Vorteile gegenüber Silicium. Das Material kann hauchdünn auf das Trägermaterial aufgetragen werden und so erschließen sich völlig neue Einsatzorte für die Photovoltaik.

Denkbar ist z.B. das Bedampfen von Folien mit einer dünnen Schicht. Mit diesen Solarfolien könnten Häuserwände beklebt werden. Die schweren und dicken Siliciumsolarplatten hätten dann ausgedient.

Preislich sind die erwähnten CIGS-Materialien im Vergleich zu Silicium zwar teurer in der Anschaffung, aber durch verminderten Materialeinsatz und höhere Wirkungsgrade könnten sie trotzdem ökonomischer sein. Die Beschreibung eines Forschungsprojektes hierzu findet sich im BINE-Portal von FIZ Karlsruhe unter http://www.bine.info (Deep-Link: http://bit.ly/1Fk6scD).

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