Forscher ermöglichen Solarzellen, mehr Sonnenlicht zu nutzen

Fortschritte in der Photovoltaikforschung lassen Solarzellen mehr Sonnenlicht nutzen und damit mehr Strom produzieren.

Wissenschaftler der Universität Luxemburg und des japanischen Elektronikunternehmens TDK melden Fortschritte in der Photovoltaikforschung: Sie haben eine Schicht so verbessert, dass Solarzellen mehr Sonnenenergie verwenden und demnach mehr Strom produzieren können.

Oxidschicht wird transparenter durch erstmals einstufiges Verfahren

Verbessert wurde eine leitfähige Oxidschicht, die nun im Infrarotbereich mehr Transparenz aufweist. Zwar wurden schon ähnliche solcher Versuche unternommen, doch dies ist das erste Mal, dass die Schichten in einem einstufigen Verfahren hergestellt wurden und gleichzeitig an der Luft stabil blieben.

Leitfähigkeit der Oxidschichten bleibt auch nach langer Zeit an der Luft stabil

„Die von der Universität Luxemburg hergestellten Schichten wurden anderthalb Jahre der Luft ausgesetzt und sind immer noch genauso leitfähig wie frisch nach der Herstellung“, sagt Prof. Susanne Siebentritt, Leiterin des Photovoltaiklabors an der Universität Luxemburg. „Ein fantastisches Ergebnis nicht nur für Solarzellen, sondern auch für eine ganze Reihe anderer Technologien“, fügt sie hinzu. Mitbeteiligt an der Studie waren Dr. Matěj Hála, wissenschaftlicher Mitarbeiter im Photovoltaiklabor, sowie Shohei Fujii und Yukari Inoue, Gastwissenschaftler von TDK.

Oxidschicht verbindet Leitfähigkeit und Transparenz

Transparente, leitfähige Oxide werden in jedem Gerät eingesetzt, das Elektronik und Licht kombiniert, wie LED-Lampen, Solarzellen, Fotodetektoren oder auch Touchscreens. Sie verbinden die Eigenschaften von Metallen – die bislang besten elektrischen Leiter – mit jenen von Oxiden, die normalerweise transparent, aber nicht leitfähig sind, wie beispielsweise Glas. In Solarzellen muss die Schicht einerseits leitfähig sein, weil sie die obere Elektrode bildet. Gleichzeitig muss sie transparent sein, damit das Sonnenlicht die Ebene darunter erreicht, in der Strom hergestellt wird.

Zugabe von Aluminium macht Oxide leitfähiger, aber weniger aufnahmefähig für Sonnenenergie

Die Oxide, die diese Schicht bilden, können durch das absichtliche Hinzufügen von Verunreinigungen leitfähig gemacht werden. Zinkoxid mit hinzugefügtem Aluminium ist ein häufig verwendetes Beispiel. In diesem Fall gibt das Aluminium freie Elektronen, die für die Leitfähigkeit verantwortlich sind, an das Zinkoxid ab. Doch weil diese freien Elektronen auch Infrarotlicht absorbieren, kann weniger Sonnenenergie durchströmen.

Gasplasma macht Aluminium-Zugabe überflüssig

Um pures Zinkoxid leitfähiger zu machen, veränderte das Team der Universität Luxemburg und von TDK das Verfahren zur Herstellung der Schicht. „Dank des länderübergreifenden Wissensaustauschs hatte unser multidisziplinäres Team die Idee, eine zusätzliche Komponente – ein weiteres Gasplasma – in den sogenannten Sputter-Prozess zu integrieren. Auf diese Weise wird das Material auch ohne Aluminium leitfähig“, erklärt Prof. Siebentritt.
Diese Methode ermöglicht es, weniger, aber dafür schnellere Elektronen zu erhalten. „Mit diesem Ergebnis bleibt die Leitfähigkeit ähnlich wie mit Aluminium, aber die Transparenz im Infrarotbereich ist viel besser, da weniger freie Elektronen auch weniger Absorption verursachen. So werden Solarzellen effizienter“, fügt Dr. Matěj Hála hinzu. Die Forschungsergebnisse wurden nun im renommierten Journal „Progress in Photovoltaics“ veröffentlicht.

Autor: Uni Luxemburg
Foto: ©shotshop.com