Solarzelle aus dem Öl-Wasser-Bad

Neues Verfahren zur Herstellung von Solarzellen

Weil die Schwerkraft bei Bauteilen, die nur wenige Mikrometer groß sind, Wirkung verliert, haben Wissenschaftler eine neue Methode zur Verarbeitung von sehr kleinen Bauteilen entwickelt. Demonstriert haben sie sie anhand einer Solarzelle.

Zwei Wissenschaftler von der Universität des US-Bundesstaates Minnesota in Minneapolis haben ein neues Selbstmontageverfahren für Nanosolarzellen entwickelt. Es macht sich die Tatsache zunutze, dass sich Öl und Wasser nicht mischen.

Teilchenteppich im Öl-Wasser-Bad

Ausgangspunkt sind 20 Mikrometer große Bauteile aus Silizium und Gold. Auf der Siliziumseite wird das Teil mit einem wasserabweisenden Stoff beschichtet, auf der Goldseite mit einem wasseranziehenden. Die Teilchen kommen dann in ein Bad mit Öl und Wasser. Durch die Beschichtungen richten sich die Bauteile alle gleich aus und bilden zwischen den beiden Flüssigkeiten einen Teppich.

Nun wird das Trägermaterial in das Bad getaucht. Zuvor wurde es vorbereitet: Für die Silizium-Gold-Chips wurden kleine Vertiefungen geschaffen, in die ein Lötmittel kommt. Wird das Substrat langsam aus dem Bad gezogen, setzen sich die Bauteile darauf ab - fast wie bei der Fließbandproduktion. Das Lötmittel zieht das Gold der Kontakte an, so dass die Solarmodule am richtigen Platz sitzen.

Schnell und materialsparend

Das neue Verfahren hat eine Reihe von Vorteilen: Es ist sehr schnell und effizient. Die Wissenschaftler haben damit 62.000 Bauteile in 3 Minuten verbaut, schreiben Heiko Jacobs und Robert Knuesel in einem Aufsatz im Fachmagazin Proceedings of the National Academy of Sciences. Außerdem könnte damit der Materialaufwand deutlich verringert werden: Die so gefertigte Solarzelle enthält nur etwa ein Zehntel der Siliziummenge, die in einer herkömmlichen Solarzelle verbaut wird. Zudem ist eine herkömmliche Solarzelle starr, während die von Jacobs und Knuesel hergestellte Zelle flexibel ist. Das Produktionsverfahren soll sich auch für die Herstellung anderer mikroelektronischer Geräte eignen.

In der Nanotechnologie ist Selbstmontage ein übliches Vorgehen. Meist wird dabei die Schwerkraft als Triebkraft benutzt: Das vorbereitete Substrat wird in eine Flüssigkeit gelegt und die darin schwimmenden Teilchen setzen sich auf dem Trägermaterial ab.

Sind die Werkstücke, die verarbeitet werden sollen, kleiner als 100 Mikrometer, verliert die Schwerkraft jedoch ihre Wirkung. Sie hätten zwei Jahre vergeblich versucht, wenige Mikrometer großen Teile auf diese Art und Weise zu verbauen, sagte Jacobs der BBC.