{"id":6268,"date":"2010-06-09T07:34:38","date_gmt":"2010-06-09T06:34:38","guid":{"rendered":"http:\/\/www.fachzeitungen.de\/pressemeldungen\/?p=6268"},"modified":"2025-03-21T11:59:15","modified_gmt":"2025-03-21T10:59:15","slug":"nanopartikeln-solarzellen","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.fachzeitungen.de\/pressemeldungen\/nanopartikeln-solarzellen-106268\/","title":{"rendered":"Dispergieren und Desagglomerieren von Nanopartikeln f\u00fcr Solarzellen"},"content":{"rendered":"
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W\u00e4hrend der letzten Jahre ist der Markt f\u00fcr Solarzellen als Quelle f\u00fcr erneuerbare Energien rapide angewachsen. Aufgrund der Fortschritte in der Photovoltaik-Technologie, der g\u00fcnstigen Installationskosten von Solarpanelen und der staatlichen F\u00f6rderprogramme ist der Einsatz regenerativer und umweltfreundlicher Technologie \u00e4u\u00dferst popul\u00e4r geworden.
Die Solarzellen-Technologie ist eine alternative, innovative Methode der Energiegewinnung. Beim Einsatz von Solarzelle wird die Energie des Sonnenlichts direkt in elektrische Energie umgewandelt, indem man sich den photovoltaischen Effekt zunutze macht.
Solarzellen werden vorwiegend aus Silizium (Si) hergestellt. Die Unterschiede in Qualit\u00e4t, Effizienz und Kosten liegen in der Verwendung von monokristallinen, polykristallinen und amorphen Solar-Silizium. Die monokristallinen Solarzellen sind die preisintensivsten Si-Solarzellen. Sie erreichen eine Effizienz von ca. 16-18% und bestehen aus einem Wafer aus hochreinen Silizium-Monokristallen (sog. Ingot). Die monokristallinen Solarzellen sind an ihrer dunkelblauen bis schwarzen Farbe erkennbar. Die polykristallinen Solarzellen bestehen aus einem Wafer aus gegossenen Silizium. Beim Abk\u00fchlen des fl\u00fcssigen Siliziums entstehen unterschiedlich ausgerichtete und getrennte Kristalle. Die polykristallinen Solarzellen weisen eine Energieeffizient von ca. 14% auf und sind etwas kosteng\u00fcnstiger als die monokristallinen Solarzellen. Optisch sind sie an ihrer kristallinen Struktur und der blauen Farbe zu erkennen. Die amorphen Solarzellen werden hergestellt, indem eine d\u00fcnne Silizium-Schicht auf ein Tr\u00e4germaterial (z.B. auf eine Glasplatte) aufgedampft wird. Im Vergleich zu den anderen oben genannten Herstellungstechniken sind die Herstellungskosten der amorphen Solarzellen niedriger, aber auch die Effizienz ist mit 6-8% am geringsten.
Die D\u00fcnnschicht-Solarzellen basieren auf Cadmium-Tellurid (CdTe) oder auf Kupfer-Indium-Gallium-Selenid (copper indium gallium selenide CIGS), die kristallinen Solarzellen wandeln die Energie mittels \u2013hauts\u00e4chlich monokristalliner – Silizium-Wafer um. F\u00fcr Silizium-D\u00fcnnschichtzellen wird eine sehr d\u00fcnne Siliziumschicht auf ein kosteng\u00fcnstiges Tr\u00e4germaterial aufgetragen. Im Vergleich zu den herk\u00f6mmlichen \u201eBulk-Silicon\u201c-Wafern ist f\u00fcr die Herstellung der D\u00fcnnschicht-Solarzellen nur eine geringe Menge an hochwertigem Silizium notwendig. Deshalb z\u00e4hlt das Verfahren der D\u00fcnnschicht-Solarzellen zu einer vielversprechenden Technik, um photovoltaische Zellen kosteng\u00fcnstig und damit f\u00fcr mannigfaltige Anwendungen verf\u00fcgbar zu machen.
F\u00fcr all die verschiedenen Arten von Solarzellen spielt der Einsatz von Nanomaterialien eine signifikante Rolle hinsichtlich der Qualit\u00e4t und Effizienz der photovoltaischen Panele und des erzielten Energieertrags. Naonmaterialien haben drei einzigartige Vorteile, welche die Umwandlung von Sonnenenergie in elektrische Energie verbessern: Zum einen bieten Nanopartikel eine sehr gro\u00dfe Oberfl\u00e4che pro Volumen- bzw. Masseeinheit, so dass zwischen den einzelnen Partikeln gro\u00dfe Grenzfl\u00e4chen f\u00fcr interpartikul\u00e4re Reaktionen gegeben sind. Zum anderen verf\u00fcgen Nanomaterialien \u00fcber optische und physikalische Eigenschaften, die sich erheblich von den Eigenschaften der \u201ebulk materials\u201c unterscheiden. Der dritte Vorteil und Grund f\u00fcr den Einsatz von Nanomaterialien ist der Kostenfaktor. Nanomaterialien k\u00f6nnen sparsam als d\u00fcnne Beschichtungen eingesetzt werden, hierf\u00fcr stehen spezielle Beschichtungs-, Printing- und Spray-Techniken zur Verf\u00fcgung.
Die j\u00fcngsten Errungenschaften bei der Herstellung preisg\u00fcnstiger, hoch-effizienter Solarpanele mit geringem Gewicht wurden durch die Integration von Nanomaterialien, wie z.B. Carbon Nanotubes, Nanowires und Nanoantennas, vorw\u00e4rtsgetrieben. Besonders Nanowires und Nanoantennas k\u00f6nnen die Effizienz von Solarzellen auf bis zu 80% und mehr erh\u00f6hen (bez\u00fcglich der Nutzung der mittleren Infrarot-Sonnenstrahlen). Um funktionale Nanomaterialien mit den gew\u00fcnschten Eigenschaften zu erhalten, m\u00fcssen die Partikel desagglomeriert und sehr fein dispergiert werden. Der Gro\u00dfteil der Nanomaterialien ist als Pulver verf\u00fcgbar. Um das Nanomaterial zu verarbeiten, muss das Nano-Pulver in Fl\u00fcssigkeit gemischt werden. Nanopartikel tendieren allerdings stark dazu, zu agglomerieren sobald sie in Wasser oder organische L\u00f6sungsmittel eingebracht werden. Die durch Ultraschall generierten Kavitationskr\u00e4fte machen die Ultraschall-Technologie zu einer bew\u00e4hrten Methode, um die hohen interpartikul\u00e4ren Bindungskr\u00e4fte zu \u00fcberwinden. So k\u00f6nnen mit oberfl\u00e4chenaktiven Grenzstoffen stabilisierten Suspensionen mit dispergierten nano-skaligen Partikel.
Hielscher bietet Ultraschallger\u00e4te um Nanopartikel effektiv fein zu mahlen, zu entwirren, zu deagglomerieren und zu dispergieren. Die Effekte des Mahlens, Desagglomerierens und Dispergierens mittels Ultraschall beruhen auf der Ultraschallkavitation. Werden Ultraschallwellen in Fl\u00fcssigkeiten eingetragen, entstehen in dem fl\u00fcssigen Medium alternierende Hochdruck- und Niederdruck-Zyklen. Diese resultiert in mechanischem Stress auf die Anziehungskr\u00e4fte zwischen den einzelnen Partikeln. Ultraschallkavitation in Fl\u00fcssigkeiten verursacht Hochgeschwindigkeits-Fl\u00fcssigkeitsstrahlen von bis zu 1000km\/h (ca. 600mph). Diese Fl\u00fcssigkeitsstrahlen pressen Fl\u00fcssigkeit bei hohen Dr\u00fccken zwischen die Partikel und trennen diese dadurch voneinander. Kleinere Partikel werden mit den Fl\u00fcssigkeitsstrahlen beschleunigt und kollidieren bei hoher Geschwindigkeit miteinander (interpartikul\u00e4re Kollision). Dies macht Ultraschall zu einer effektiven Methode f\u00fcr das Dispergieren ebenso wie f\u00fcr das Mahlen von mikro- und nano-skaligen Partikeln.
Um Nanomaterialien zu beschallen, ist ein Ultraschall-Durchflussreaktor empfehlenswert. In der Reaktorkammer wird das zu beschallende Material bei kontrollierter Intensit\u00e4t der Ultraschallkavitation ausgesetzt. Der Inline-Prozess verhindert ein Vorbeiflie\u00dfen des Materials, da alle Partikel die Reaktorkammer auf vorgegebenem Weg passieren. Weil alle Partikel w\u00e4hrend jedes Zyklus f\u00fcr dieselbe Zeit den identischen Beschallungs-Parametern ausgesetzt sind, wird die Partikelverteilungs-Kurve durch das Beschallen normalerweise eher verschoben als ausgeweitet.
Weitere Anwendungen f\u00fcr Ultraschall sind das Entgasen (gel\u00f6ste Gase) und Entsch\u00e4umen (eingeschlossene Gasblasen) hochviskoser Produkte. Ultraschalltechnologie zum Dispergieren ist f\u00fcr den Labor-, Technikums- und Produktionsma\u00dfstab geeignet. Durchsatzleistungen von bis zu 10 Tonnen pro Stunde k\u00f6nnen sowohl auf der Forschungs- und Entwicklungsebene als auch in der kommerziellen Produktion erreicht werden. Prozessergebnisse k\u00f6nnen in ihrer Kapazit\u00e4t problemlos und linear hochskaliert werden, indem man auf ein entsprechend gr\u00f6\u00dferes System umsteigt.
Hielscher Ultraschallger\u00e4te sind \u00e4u\u00dferst energieeffizient. Die Ger\u00e4te wandeln ca. 80 bis 90% der zugef\u00fchrten Leistung in mechanische Wirkleistung um, die in die Fl\u00fcssigkeit \u00fcbertragen wird. Dies f\u00fchrt zu niedrigen Prozesskosten.<\/p>

Hielscher Ultrasonics
Warthestr. 21
14513 Teltow, Deutschland
Tel.: +49 3328 437 420
Fax: +49 3328 437 444
Email: info@hielscher.com
Web: www.hielscher.com<\/p>

Literatur:
\u2022 Aydil, Eray S.: Nanomaterials for Solar Cells. In: Nanotechnology Law & Business, Fall 2007; 275-291.
\u2022 Gedanken, Aharon: Using sonochemistry for the fabrication of nanomaterials. In: Ultrasonics Sonochemistry 11\/ 2004; 47-55.
\u2022 Koshio, Akira, Yudasaka, Masako, Zhang, M., Iijima, Sumio: A Simple Way to Chemically React Single-Wall Carbon Nanotubes with Organic Materials Using Ultrasonication. In: Nano Letters, Vol. 1, No. 7, 2001; 361-363.
\u2022 Zhu, Jun-Jie; Xu, Shu; Wang, Hui; Zhu, Jian-Min; Chem, Hong-Yuan: Sonochemical Synthesis of CdSe Hollow Spherical Assemblies Via an In-Situ Template Route. In: Advanced Materials 15\/ 2003; 156-159.<\/p>

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