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Eine
nanostrukturierte Oberfläche mit regelmässig angeordneten
Nanodrähten besitzt ausgezeichnete
Lichtstreuungseigenschaften. Sie eignet sich besonders für
Photovoltaikanwendungen, denn sie absorbiert deutlich mehr
Sonnenlicht und wandelt die Strahlungsenergie letztlich effizienter
um. (Bild: Empa) |
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Dünnschichtsolarzellen, etwa aus
Kupfer-Indium-Gallium-Diselenid (kurz CIGS), sind aus mehreren
Lagen hauchdünner Schichten aufgebaut – eben im
Nanometerbereich. Und an dieser «angewandten
Nanotechnologie» liesse sich schön zeigen, wie ein
besseres Verständnis der Prozesse auf atomarer Ebene zu
effizienteren Solarzellen führt, so Empa-Direktor Gian-Luca
Bona. «Inzwischen können derartige
Dünnschichtzellen – etwa die flexiblen CIGS-Zellen der
Empa, die mit 18.7 Prozent Energieeffizienz derzeit den Weltrekord
halten – durchaus mit den konventionellen Siliziumzellen
konkurrieren.» |
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Solarzellen aus dem Drucker
Das nächste Ziel sei, die Dünnschichtzellen in einfachen,
kostengünstigen Druckverfahren herzustellen.
Grundsätzlich funktioniere das bereits, so Bona.
«Allerdings ist die Energieeffizienz mit rund 7.5 Prozent
noch etwas tiefer.» Parallel dazu arbeiten Forscher auch
schon an den Solarzellen der «3. Generation» –
nach Silizium- und Dünnschichttechnologie. Dabei wird
versucht, durch komplexe Nanostrukturierung der aktiven Schicht,
etwa Millionen von regelmässig angeordneten Nanodrähten,
die durch das Sonnenlicht induzierte Ladungstrennung zu
erleichtern, also den Schritt, der letztlich Licht in
Elektrizität umwandelt. |
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Von der Empa und
Flisom AG entwickelte flexible Polymer-Dünnschichtsolarzelle
(kurz CIGS). (Bild: Flisom) |
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Aber
auch bei innovativen Isolierverglasungen spielen
nanometerdünne Schichten eine entscheidende Rolle. In einem
Projekt mit einem Industriepartner entwickeln Empa-Forscher um
Johann Michler etwa ein neuartiges wärmedämmendes
Isolierglas, bei dem eine Metallschicht von 10 Nanometer Dicke zwar
das sichtbare Licht durchlässt (also durchsichtig ist –
für ein Fenster eine nicht ganz unwesentliche Eigenschaft),
die Infrarot-Wärmestrahlung aber reflektiert, sprich: die
Wärme innen hält. |
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Cleantech und Nano – ein ideales Paar
Aber auch andere Anwendungen – etwa Dampfturbinen oder
effizientere Wärmetauscher – profitieren von speziellen
Oberflächenbeschichtungen, um die beanspruchten Teile
temperaturresistenter zu machen. Könnten nämlich die
Prozesse bei höheren Temperaturen ablaufen, wäre die
Effizienz, die «Energieausbeute» weitaus höher.
Nanotechnologie allenthalben also. «Ich bin überzeugt,
dass Nanotechnologie gerade im aufstrebenden Cleantech-Bereich, der
derzeit in aller Munde ist, von überragender Bedeutung sein
wird», sagte dann auch Patrick Roth von der
Innovationsförderung des Kantons Bern (innoBE), die den Anlass
unterstützte. |
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Eine
wichtige Rolle hierbei werden auch neuartige Messsysteme einnehmen,
die in Zukunft den Umfang an notwendigen Tierversuchen stark
reduzieren sollen. Davon ist jedenfalls Harry Heinzelmann vom CSEM
in Neuenburg überzeugt. Die am CSEM entwickelten Mikrosysteme
erlauben die Untersuchungen von immer komplexeren Zellmodellen, die
sich – so hofft man – bald bis zur Simulation von Organen
und gar Organismen ausdehnen lassen. |
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Nanoporöse
Membrane, hergestellt aus einer ultradünnen Siliziumschicht,
einsetzbar für Filtrationsanwendungen (Bild: CSEM) |
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In den
Schweizer Labors läuft also einiges. Nun seien diese
Entwicklungen «nur» noch zusammen mit der Industrie in
neue Produkte und Verfahren umzusetzen, sagte Empa-Direktor Bona
mit Nachdruck. «Wir müssen das Innovationstempo in der
Schweiz deutlich steigern. Wenn uns dies nicht gelingt, werden wir
von anderen Volkswirtschaften überrollt.» Der Vorteil
der Schweiz liege darin, «auf kleinem Raum eine enorme Dichte
an exzellentem Know-how zu bieten». Institute wie die Empa
und das CSEM seien besonders an der Schnittstelle zwischen
Forschung und praktischer Umsetzung tätig. |
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