Solarzellen © Ingo Bartussek, fotolia.com
Ob Brillenglas, der Kolben eines Motors oder die Solarzelle – eines haben alle gemeinsam: Sie benötigen eine Beschichtung, um reibungslos funktionieren zu können. Die Brille, um Reflexionen zu vermeiden, der Kolben, um gleichfähig zu sein und die Solarzelle, um aus Sonnenlicht Strom zu machen. Was in der Theorie einfach klingt, ist in der Praxis eine echte Herausforderung.
Um hauchdünne Beschichtungen auf Fahrzeugteile, Brillengläser, Solarzellen und Co. aufbringen zu können, ist ein Plasma nötig. Dieser komplexe Cocktail aus geladenen Teilchen macht es erst möglich, feinste Beschichtungen dort aufzubringen, wo sie benötigt werden. Die verschiedenen Teilchen des Plasmas aber so zu steuern, dass alle Plasmakomponenten perfekt miteinander korrespondieren, ist schwer und zeitaufwändig. Umso erfreulicher, dass es Physikern der Bochumer Ruhr-Universität gelungen ist, einen Weg zu finden die Beschichtungen zu beschleunigen.
Das Prinzip der Plasmabeschichtung
Wird ein fester Stoff erhitzt, ändert er seinen Aggregatzustand. Erst wird er flüssig, dann gasförmig und schließlich ein Plasma. Die Energie, die eingespeist wird (Hitze) löst also zunächst die Bindung der einzelnen Atome und zersetzt die Atome anschließend selbst. Wird dieses nun noch übrige Teilchengemisch dann auf eine Oberfläche geschossen, so lagern sich die einzelnen Plasmabestandteile auf der Oberfläche ab und verändern die ursprünglichen Oberflächeneigenschaften. Plasmen machen es also überhaupt erst mögliche, Solarzellen herzustellen. Etwa aus dünnen Siliciumschichten in Kombination mit gelegentlichen Femdatomen.
Die Problematik
Die Essenz der Beschichtung ist die Anzahl der Ionen, die auf die zu beschichtende Oberfläche treffen. Ebenso wichtig ist aber auch, mit welchem Schwung sie auf die Oberfläche treffen. Man spricht hier von Ionenfluss und Ionenenergie. Problematisch ist dabei, dass die beiden Größe recht stark voneinander abhängig sind. Ändert man den Ionenfluss, ändert sich zwangsläufig auch die Ionenenergie und umgekehrt. Wünschenswert ist eine nicht zu hohe Ionenenergie, damit die Schicht haltbar ist und nicht abblättert, aber gleichzeitig eine nicht so starke Energie, dass die beschossene Oberfläche gar kaputt geht. Dabei sollte der Ionenfluss relativ hoch sein, denn je mehr Ionen fließen, desto schneller ist die Schicht auf der Oberfläche aufgebracht. Gerade in der industriellen Fertigung ein nicht zu unterschätzender Aspekt. Eine exakte Beschichtung zu generieren ist unter diesen Umständen jedoch verständlicherweise recht schwierig.
Die Lösung
Wissenschaftlern der Ruhr-Universität ist es jetzt gelungen, mit einem kleinen aber pfiffigen Trick die beiden Größen, Ionenfluss und Ionenenergie, unabhängig voneinander zu verändern. Mit Hilfe des so genannten elektrischen Asymmetrie-Effekts lässt sich die Ionenenergie für die Beschichtung exakt einstellen. Für die Solarzelle heißt das nun, dass der Ionenfluss am aufzubringenden Substrat vergrößert werden kann, ohne gleichzeitig die Energie der Ionen im Substrat zu erhöhen. Eine hohe Schichtqualität, für die die Ionenenergie zuständig ist, kann durch den erhöhten Ionenfluss somit wesentlich schneller erreicht werden. Ein Effekt, der nicht nur in der Theorie funktioniert, sondern auch in der Praxis, wie das Wissenschaftler-Team inzwischen zusammen mit einem Hersteller für Solarzellenbeschichtungsanlagen unter Beweis stellen konnte. Das patentierte Verfahren soll in den kommenden Monaten weiter von den Wissenschaftlern berechnet und erforscht werden.
