Abgeschaltet

um das einfallende Sonnenlicht auf eine darunter liegende mehrlagige Zelle zu konzentrieren. In jeder Schicht dieser in der Regel dreilagigen Zelle wird Licht einer bestimmten Wellenlänge absorbiert. Allerdings hat auch diese Technik Nachteile: Konzentratorzellen sind auf direkt einfallendes Sonnenlicht angewiesen. Mit dem Streulicht, das an wolkenverhangenen Tagen bei uns dominiert, können sie nichts anfangen. Daher sind solche Zellen ideal für Solarkraftwerke in südlichen Regionen; die Module werden dort auf in zwei Achsen bewegliche Paneele montiert und fortlaufend dem Stand der Sonne angepasst. Die Technik ist noch im Aufbau, ein erstes Pilotkraftwerk mit einem Megawatt Leistung wurde ausgerechnet von dem Ölkonzern Chevron bestellt. Noch nicht einmal die Erzeugungskosten sind genau bekannt, sie dürften aber etwa um den Faktor zwei über denen heutiger Silizium-Solartechnik liegen. »Das ist die S-Klasse unter den Solarzellen«, sagt Weber.
    Normale Solarzellen, die keine 20 Prozent Wirkungsgrad besitzen, können durch neue Fertigungsverfahren noch wesentlich effektiver werden. Besonders die Kontaktierung ist nämlich ein kritischer Punkt: Einerseits braucht man elektrische Kontakte, um den erzeugten Strom abtransportieren zu können, andererseits stören sie in mehrfacher Hinsicht. Auf der Vorderseite der Solarzelle führen sie zu einer Verschattung bestimmter Bereiche des Halbleiters. Auf der Rückseite absorbieren großflächige Kontakte einen bestimmten Anteil der langwelligen Lichtstrahlung, die eigentlich in den Halbleiter zurückgespiegelt werden sollte. Außerdem sind wandernde Elektronen, die der Oberfläche zu nahe kommen, besonders gefährdet, in ein Loch zurückzufallen und damit elektrisch neutralisiert zu werden. Fachleute sprechen von »Rekombination« – es kommt zusammen, was eigentlich zusammengehört. Und doch sollen sie einander fernbleiben, weil wir die Elektronen ja für den Stromfluss brauchen.
    Um die Rekombination möglichst klein zu halten, werden einzelne Siliziumatome in der Nähe der Leiterschicht gegen Aluminiumatome ausgetauscht. Besser aber wäre es, zwischen dem Leiter und dem Silizium eine Zone zu schaffen, die elektrisch völlig »passiviert« ist, die also keine Elektronen aufnimmt oder passieren lässt. Tolle Idee – dann fließt ja auch kein Strom mehr! Es sei denn, man bohrt in einem vernünftigen Abstand Löcher durch den Kontakt und die Passivierungsschicht. Beispielsweise mit einem hochpräzisen Festkörperlaser. Genau das ist die Idee der am Fraunhofer Institut entwickelten und patentierten »Laser-Fired Contacts«. Die Ergebnisse des neuen Verfahrens überzeugen: Weniger als fünf Prozent des Lichts werden an der Rückseite absorbiert, vorher waren es 20 Prozent. Und die Rekombination findet fünf- bis vierzigmal langsamer statt als in konventionell kontaktierten Zellen. Weber gerät fast ins Schwärmen: »Das Unglaubliche an dieser Technologie: Wir können heute Zehntausende solcher Kontakte auf einer Solarzelle in einer Sekunde setzen.« Die Kombination der lasergefeuerten Kontakte mit neuen Oberflächenstrukturen hat es den Freiburgern 2004 erstmals ermöglicht, eine polykristalline Siliziumsolarzelle mit mehr als 20 Prozent elektrischem Wirkungsgrad herzustellen.
    Die Kontakte auf der Vorderseite sollen perspektivisch ganz entfallen, zumal sie nicht nur Wirkungsgrad kosten, sondern beim Zusammenfügen der Zellen zu Modulen schwierig zu handhabensind. »Rückseitenkontakte sind ein ganz wichtiges Thema, um schneller bessere Zellen zu günstigeren Preisen zu machen«, so Weber. Auch hier stutzt man erst einmal: Denn der elektrische Kontakt wird ja immer an beiden Enden eines Leiters benötigt. Tatsächlich wird auch bei der Rückseitenkontaktierung ein positiver Kontakt an die Oberseite der Zelle geführt – nur eben von der Rückseite her, durch winzige Löcher, die man zum Beispiel ebenfalls mit dem Laser bohren kann.
    Ein weiterer Forschungsansatz von Weber ist »schmutziges Silizium«. Offiziell heißt es UMG-Silizium (»Upgraded metalurgical-grade«). Während hochreines kristallines Silizium bis zu 400 Dollar je Kilo kostet, ist dieses im Hochofen eingeschmolzene Silizium um das Hundertfache billiger. Der Nachteil: Es ist vor allem mit Phosphor und Bor verunreinigt und dadurch kein Halbleiter, sondern ein Leiter. Daher muss die Metallschmelze mit Chemikalien behandelt werden, um die wichtigsten Verunreinigungen zu beseitigen. Gelingt es, in einem solchen