Nanowire Ink Lift eines Startups steigert die Effizienz von Solarzellen

Tinte, die mit mikroskopischen Halbleitern, sogenannten Nanodrähten, gefüllt ist, könnte Solarstrom billiger machen, indem die Effizienz von Solarmodulen um 25 Prozent gesteigert wird, ohne die Herstellungskosten zu erhöhen, sagt Sol Voltaics , ein Startup, das 11 Millionen US-Dollar gesammelt hat und das diese Woche seine Absicht bekannt gab, die Tinte zu kommerzialisieren.

Nanodrähte

Nanotinte: Ein Rendering von Nanodrähten, das die Leistung von Solarzellen steigern könnte.

Die Tinte basiert auf zwei Fortschritten der Universität Lund in Schweden. Professor Lars Samuelson demonstrierte, dass Nanodrähte die Effizienz von Solarzellen verbessern können, und entwickelte einen neuen Weg zur Herstellung von Nanodrähten, der sie praktisch nutzbar machen könnte.



Die Steigerung der Solarzelleneffizienz ist eine der effektivsten Möglichkeiten, die Kosten für Solarstrom zu senken, da sie die Kosten pro Watt von Solarmodulen sowie die Installationskosten senken kann, da weniger Solarmodule benötigt werden (siehe Alta Devices: Finding eine Solarlösung).

Sol Voltaics mit Sitz in Lund, Schweden, plant, Geräte zur Herstellung von Nanodrahttinte zu entwickeln und diese dann an bestehende Hersteller zu verkaufen. Die Tinte soll die Effizienz steigern, indem sie Solarzellen hilft, mehr Sonnenlicht zu absorbieren.

Die Forschung zur Herstellung von Nanodrähten für die Solar-Photovoltaik wird seit Jahren betrieben, aber die Herstellung von Nanodrähten war nie auf wirtschaftliche Weise möglich (siehe Nanodrähte saugen Licht aus ihrer Umgebung auf und wie man die Leistung von Solarmodulen verdoppeln kann). Nanodrähte werden normalerweise in einem Batch-Prozess auf einem Substrat aufgewachsen, der für eine großtechnische Produktion zu teuer ist.

Das Team der Universität Lund unter der Leitung von Samuelson hat eine alternative Methode entwickelt, die auf das Substrat verzichtet. Es beginnt mit der Verdampfung von Gold, um Aerosol-Nanopartikel zu erzeugen, die zusammen mit zwei anderen Gasen in einen röhrenförmigen Ofen strömen. Das Gold dient als Keim, der eine Reaktion mit den Gasen katalysiert, um Galliumarsenid-Nanodrähte zu bilden. In einem Papier veröffentlicht in Natur Im vergangenen Dezember sagten die Lund-Forscher, dass der Prozess, der Aerotaxie genannt wird, Galliumarsenid-Nanodrähte 20 bis 1.000 schneller wachsen lassen kann als Batch-Abscheidungsverfahren. Durch die Kontrolle von Temperatur und Reaktionszeit können sie die Abmessungen der Nanodrähte kontrollieren, was der Schlüssel zur Optimierung ihrer Leistung für Solarzellen ist.

Brian Korgel, Professor für Chemieingenieurwesen an der University of Texas, sagt, dass die Aerotaxie das Potenzial hat, auf einen kontinuierlichen Prozess skaliert zu werden. Die Herstellung großer Mengen würde eine der größten technischen Herausforderungen bei der Skalierung der Gasphasen-Nanodrahtproduktion überwinden, sagt er.

In einem separaten Papier in Wissenschaft Anfang dieses Jahres zeigten dieselben Forscher der Universität Lund, dass Arrays dieser Nanodrähte, die mit der Aerotaxie-Methode hergestellt wurden, die Effizienz von Indiumphosphid-Solarzellen um 13,8 Prozent verbesserten, indem sie mehr Licht einfangen.

Der nächste Schritt für Sol Voltaics besteht darin, zu zeigen, dass der Effekt auch bei Silizium-Solarzellen funktioniert, dem gängigsten Typ, sagt CEO Dave Epstein. Danach will es Geräte zur Herstellung der Nanodrähte entwickeln. Er schätzt, dass die Tinte die Produktionskosten um ein oder zwei Cent pro Watt erhöhen würde – die Herstellung von Solarmodulen kostet derzeit weniger als 75 Cent pro Watt. Um einen Quadratmeter eines Silizium-Solarpanels zu bedecken, braucht es nur ein Gramm Nanodrähte, also nur sehr wenig Material, sagt er.

Alles deutet darauf hin, dass selbst wenn zusätzliche Kosten anfallen, die höhere Effizienz die Kosten bei weitem aufwiegen wird, sagt Alf Bjørseth, Gründer von REC Solar und Investor von Sol Voltaics.

Wenn der Nanodraht-Tinte-auf-Silizium-Ansatz effektiv ist, plant das Unternehmen, 2015 mit der Produktion in kleinem Maßstab zu beginnen. Es wird erwartet, dass 50 Millionen US-Dollar – viel weniger als eine vollständige Solarfabrik – benötigt werden, um im kommerziellen Maßstab zu produzieren, da es nur ein Add-on-Produkt verkaufen.

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