Mehr aus Licht herausholen

Hallenser Forscher arbeiten an der Schnittstelle von Silizium-Photonik und Photovoltaik

Den Wirkungsgrad von Solarzellen durch neue Beschichtungen erhöhen und die optische Datenübertragung in der Mikroelektronik verbessern, das ist das Ziel des Zentrums für Innovationskompetenz ZIK SiLi-nano. Denn während elektronische Schaltkreise in Mikro- und Leistungselektronik detailliert erforscht sind, besteht für die Integration von optischen Bauteilen noch Forschungsbedarf. Besonders interessant sind derzeit für die Wissenschaft die Umwandlung von Licht in elektrischen Strom und Mikro-Lichtquellen für optische Computer.

[note Mit seltenen Erden dotierte Glaskeramiken für die up- und down-Konversion © Fraunhofer IWM]

 Hier setzen die beiden Nachwuchsgruppen Light2Silicon und Silicon2Light in Halle an. In diesen bündeln das Institut für Physik der Universität Halle-Wittenberg, das Max-Planck-Institut für Mikrostrukturphysik und das Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik IWM sowie das Fraunhofer-Center für Silizium-Photovoltaik CSP ihre Kompetenzen in angewandter und Grundlagenforschung an Bauelementen auf der Basis von Silizium. Dafür werden sie seit 2009 mit 6,25 Millionen Euro vom Bundesministerium für Bildung und Forschung unterstützt. »Durch die enge Verzahnung von universitären und außeruniversitären Forschungseinrichtungen gelingt eine beispiellose wissenschaftliche Durchdringung des Themas mit hohen Synergien«, sagt Professor Ralf B. Wehrspohn, Mitinitiator des Zentrums und Leiter des Fraunhofer IWM Halle.

Solarzellen sind mittlerweile eine ausgereifte Technik mit Wirkungsgraden über 20 Prozent. Um die Leistung weiter zu steigern, optimiert die Gruppe Light2Silicon die Einkapselungs-Materialien mit Hilfe der sogenannten up- und down-Konversion. Dabei wird das einfallende Licht so verändert, dass es in den für Solarzellen nutzbaren Energiebereich verschoben wird. Die Lichtausbeute und damit der Wirkungsgrad kann dadurch gesteigert werden, ohne die eigentliche Solarzelle zu modifizieren. Im Projekt werden optisch aktive Glaskeramiken durch geeignete Wahl des Aktivators, beispielsweise Seltenerdmetalle, für diese Anwendung angepasst. Sie sind im optischen Spektralbereich transparent und somit ideal geeignet. Neben der optischen Funktionalität der Glaskeramiken werden im Projekt auch ihre mechanischen Eigenschaften untersucht und verbessert.

Folgt: Neodym als Konversionsleuchtstoff für Silizium-Solarzellen