"Form ever follows function." Diesen  -  häufig um das Wörtchen "ever"  verkürzten  -  Satz prägte der Architekt Louis Sullivan 1896. Er meinte ihn  als Programm: Die Formen eines Gebäudes sollten die ihm zugedachten  Funktionen abbilden. Man kann ihn aber auch als nüchternes Statement  verstehen. Die Technik diktiert oft die Ästhetik, ob Architekt und  Benützer das wollen oder nicht. Man denke nur an ein Flugzeug: Wohl jeder  Passagier mit Fensterplatz würde einen weiten Blick auf die Wolken, den  Himmel bevorzugen  -  doch die Statik verbietet es. Die kleinen Fenster sind  schon ein Kompromiß.
Ähnlich ist es bei Solarzellen: Ihre Funktion diktiert die Form. Der  Wiener Michael Radike arbeitet gemeinsam mit seinem Chef Johann  Summhammer, der im "Hauptberuf" Quantenoptiker ist, daran, der Technik  -   Photovoltaik genannt  -  neue Kompromisse abzuringen. In seinem Labor im  Keller des Atominstituts liegen unzählige, ungefähr zehn mal zehn  Zentimeter große quadratische Platten herum  -  mit geheimnisvoll anmutenden  Strichmustern darauf, manche wild glitzernd, manche eher matt, manche  silbrig, manche bunt: die Mosaiksteine von Solaranlagen.
Was bestimmt das Aussehen von Solarzellen? Natürlich ihre Funktion: die  von der Sonne gratis gelieferte Energie in elektrischen Strom umzuwandeln.  Das passiert auf Basis des sogenannten inneren Photoeffekts. Man braucht  dafür ein Halbleiter-Material, in dem sich Ladungen leicht trennen und  verschieben lassen, am besten mit Bor dotiertes Silizium in Form einer  Platte. Eine Seite dieser Platte ist zusätzlich mit Atomen dotiert, die  ein Valenzelektron weniger haben als Silizium ("Akzeptoren", hier  Aluminium), die andere Seite mit Atomen, die ein Valenzelektron mehr  haben ("Donatoren", hier Phosphor).

Frei beweglich Ladungen: Elektronen und Löcher

Durch die Sonnenenergie werden nun Elektronen so angeregt, daß sie aus  dem Valenzband ins Leitungsband gehoben werden, also frei beweglich  werden. Zurück bleibt ein positiv geladenes "Loch", auch "Defektelektron"  genannt. Die Elektronen wandern in Richtung Phosphor, die Löcher in  Richtung Aluminium. Durch diese räumliche Trennung der Ladungen entsteht  eine Potentialdifferenz (Spannung) zwischen den beiden Oberflächen der  Platte. Abgeleitet werden die Elektronen  -  und damit der elektrische Strom   -  durch eine Silberelektrode in Form von Linien aus einer silberhaltigen  Paste auf der Phosphor-Seite.
Dabei sind die Möglichkeiten, die Silberlinien anzuordnen, beschränkt:  Wenn sie zu weit voneinander entfernt sind, also der Weg, den die  Elektronen zurücklegen müssen, zu lang ist, dann haben die Ladungen zuviel  Gelegenheit, wieder zusammenzufinden, zu rekombinieren. Zu viele Linien  sind aber auch nachteilig: Denn dann wird der Anteil der Siliziumfläche an  der Gesamtoberfläche zu klein.
Als ideal hat sich ein Muster bewährt, in dem normal auf eine Menge ganz  feiner Linien (zirka ein Zehntel Millimeter breit) zwei zueinander  parallele dickere Linien ("bus bars", zirka zwei Millimeter breit) stehen,  die den Strom abtransportieren; an ihrem Ende sind die Kabel angelötet.  Jede Veränderung dieses Standard-Strichmusters bringt, so Radike,  notwendigerweise eine Verschlechterung der Effizienz der Solarzelle. "Die  Frage ist nur: Wie kann man die Verschlechterung minimieren?"
Radike hat zehn Muster ausgesucht und mit Siebdruck auf die üblichen  Siliziumscheiben (zirka zehn mal zehn Zentimeter groß) aufgebracht. Durch  mathematisch exakt berechnete Anpassung der Feinstruktur gelang es, die  Verluste unter 0,5 Prozent absolut zu halten. Und durch geschickte  Kombination dieser Grundmotive kann er alle möglichen weiteren Muster  erzeugen  -  zum Beispiel das "BP"-Zeichen.

Schon solar: Tankstelle an der Triester Straße

Warum gerade dieses? Die Firma BP engagiert sich stark in der  Photovoltaik, sie ist heute der größte Solarzellen-Produzent weltweit. Im  Jahr 2005 sollen alle ihre Tankstellen in Österreich mit Solarzellen  ausgestattet sein. Eine Tankstelle an der Triester Straße hat schon  umgerüstet: Die Info-Säulen und Teile der Beleuchtung werden mit  Sonnenenergie betrieben, in Zukunft sollen Elektroautos direkt aus  Solarzellen gewonnenen Strom "tanken".
Das Muster namens "Delhi" (siehe Bild links unten) hat bei einer Londoner  Bank Gefallen gefunden: Wenn man es nämlich um neunzig Grad dreht, sieht  es aus wie ein Dollarzeichen. Radike war darüber selbst überrascht: "Das  war eigentlich nicht beabsichtigt."
Als nächstes bastelt Radike an sechseckigen und runden Solarscheiben  -   und er befaßt sich mit einem anderen Problem der Solarzellen. Silizium ist  nämlich nicht gleich Silizium. Dieses gibt es in einkristalliner,  mikrokristalliner, multikristalliner und völlig amorpher, also  strukturloser Ausfertigung. Am besten funktioniert der Photoeffekt in  einkristallinem Silizium, das aus einem einzigen Kristall besteht, in dem  die Elektronen auf ihrer Wanderung nicht durch Korngrenzen behindert  werden. Leider sind solche Einkristalle sehr teuer und werden fast nur für  Weltraum-Zwecke verwendet, wo es, so Radike, "egal ist, was es kostet".  Bei multi- und mikrokristallinem Silizium  -  der Unterschied liegt in der  Größe der Kriställchen  -  muß man mit den Korngrenzen zwischen den  einzelnen Kriställchen leben. Ästhetisch allerdings ist es gar nicht so  schlecht: Es erinnert ein bißchen an Marmor.
Radike arbeitet nun an einem Verfahren, mit dem man die Silberlinien  genau an den Korngrenzen auftragen kann  -  in Form von silberhaltiger  Tinte, mit einem handelsüblichen Drucker der Firma Canon, den er dafür  adaptiert hat.
Die Solarzellen-Forschung am Atominstitut ist Teil eines EU-Projekts  namens "Bimode", das zum Ziel hat, "ästhetisch erfreuliche" Prototypen von  Solarzellen herzustellen. Wichtig dabei ist natürlich auch die Farbe:  Diese wird durch die Dicke der Antireflexschicht (aus Titandioxid)  bestimmt, deren primäre Funktion es ist, möglichst viel Licht in der  Schicht zu halten. Die Farben ändern sich auch mit dem Lichteinfall und  mit dem Grad der Bewölkung; man kann sie durch Filter oder Anätzen der  Oberfläche beeinflussen. Um die künstlerischen Aspekte kümmert sich die  Kunsthochschule für Medien und Medienkunst in Köln.

Dünnschicht-Solarzellen am Institut für Materialphysik

Eine zweite Wiener Arbeitsgruppe beteiligt sich an einem EU-Projekt  zum Thema Solarzellen: die Abteilung "Photovoltaik" (Institut für  Materialphysik der Uni Wien, um Viktor Schlosser und Alexander Breymesser)  an "Crystal". Während konventionelle Silizium-Platten, wie sie auch Radike  verwendet, aus Blöcken geschnitten werden, befaßt sich dieses Projekt mit  mikrokristallinen Dünnschicht-Solarzellen auf Glas. Diese entstehen durch  Aufdampfen von im Trägergas Trichlorsilan suspendiertem Silizium, bei  relativ niedrigen Temperaturen: Die Arbeitsgruppe in Barcelona ist schon  bei 150 Grad Celsius angelangt!
Der Vorteil der aufgedampften dünnen Schichten ist, daß man viel weniger  Material braucht, leichter große chemische Reinheit erzielt und kein  Silizium beim Schneiden und Sägen aus größeren Brocken verliert. Die  Photovoltaiker an der Uni Wien arbeiten daran, solche dünnen Schichten  optisch und elektrisch zu charakterisieren. Wesentlich ist dabei die Natur  der Korngrenzen, die ja die wesentlichen Barrieren für den  Ladungstransport darstellen.
Hier, an der Uni Wien, eher Grundlagenforschung, dort, am Atominstitut,  eher anwendungsorientierte Forschung  -  man spürt in Wien so etwas wie  Aufbruchsstimmung in Sachen Photovoltaik. Ab Sommersemester werden auch  eine Vorlesung und ein Praktikum angeboten.

Alternative in Linz: Kunststoff statt Silizium

Noch eine dritte österreichische Gruppe befaßt sich mit Solarzellen:  Niyazi Serdar Sariciftci und Kollegen an der Universität Linz arbeiten an  Zellen, die aber nicht aus Silizium, sondern aus Kunststoff (aus  konjugierten Polymeren) sind. Vorteil: Sie sind in der Herstellung billig.  Nachteil, bisher: Ihr Wirkungsgrad ist noch relativ niedrig  -  ein Prozent,  im Vergleich zu zwischen 12 und 16 Prozent bei handelsüblichen  Siliziumzellen.
Radike schwärmt vom "Photovoltaics"-Zentrum an der University of New  South Wales in Australien: "Dort haben sie vor 15 Jahren so angefangen wie  wir jetzt. Und heute kommen die Firmen und sagen: Bitte, dürfen wir Ihnen  unsere Geräte hinstellen?" Im australischen Hinterland ("Outback") steht  schon alle 41 Kilometer eine Solaranlage: Mit Sonnenenergie wird das  Wasser von Norden nach Süden gepumpt. Und bei den Olympischen Spiele in  Sydney 2000 soll im Olympischen Dorf jedes Haus mit Solarzellen  ausgestattet sein. Vielleicht mit Mustern, die derzeit in einem Keller des  Wiener Atominstituts ausgetüftelt werden?
 
 

"Delhi"	"Standard"	"Kreuz"	"Zopf"	"Crack"