{"id":51269,"date":"2014-09-06T00:00:00","date_gmt":"2014-09-05T22:00:00","guid":{"rendered":"https:\/\/www.sonnenseite.com\/energie\/simulationen-fuer-bessere-transparente-oxidschichten-auf-solarzellen.html"},"modified":"2014-09-06T00:00:00","modified_gmt":"2014-09-05T22:00:00","slug":"simulationen-fuer-bessere-transparente-oxidschichten-auf-solarzellen","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.sonnenseite.com\/de\/energie\/simulationen-fuer-bessere-transparente-oxidschichten-auf-solarzellen\/","title":{"rendered":"Simulationen f\u00fcr bessere transparente Oxidschichten auf Solarzellen"},"content":{"rendered":"
Transparente, leitf\u00e4hige Oxidschichten sind wichtige Bestandteile von Solarzellen, denn sie m\u00fcssen das Sonnenlicht ungehindert in die Zellen lassen. Touchscreens und Solarzellen basieren auf transparenten leitf\u00e4higen Sauerstoffverbindungen. Treten jedoch Fehler in der atomaren Struktur dieser Schichten auf, sinken ihre Transparenz und Leitf\u00e4higkeit. Anhand von atomaren Modellen konnten Forscher Fehler in den Schichten identifizieren und L\u00f6sungen einwickeln, um sie zu beheben. <\/p>\n
Sei es beim Smartphone, dem Tablet-PC oder dem Fahrkartenautomaten \u2013 viele Ger\u00e4te werden heutzutage per Touchscreen bedient. Basis dieser Bildschirme sind spezielle Oxidschichten: Sie sind transparent und leiten elektrischen Strom. Experten sprechen auch von TCO-Schichten, kurz f\u00fcr transparent conducting oxides.<\/p>\n
Auch auf Solarzellen und in beheizbaren Fenstern leisten diese TCOs gute Dienste. Um mit neuen Produkten und Anwendungen Schritt halten zu k\u00f6nnen, entwickeln die Hersteller die Schichten st\u00e4ndig weiter: Sie sollen elektrischen Strom gut leiten und m\u00f6glichst durchsichtig sein \u2013 schlie\u00dflich sollen die Nutzer beim Display eines Tablet-PCs oder Smartphones durch die Schicht hindurch erkennen, was der Bildschirm anzeigt.<\/p>\n
Ein zus\u00e4tzlicher Schimmer durch das Oxid w\u00fcrde dabei st\u00f6ren. Auch bei Solarzellen darf die Oxidschicht das Sonnenlicht nicht abschirmen, sondern muss es ungehindert in die Zelle lassen. F\u00fcr neu entwickelte Oxidschichten sind somit Transparenz und Leitf\u00e4higkeit der Dreh- und Angelpunkt. Aber auch die Herstellungstemperatur und die Verformbarkeit der Schichten spielen eine Rolle.<\/p>\n
Die Atomstruktur realit\u00e4tsnah simulieren<\/strong><\/p>\n
Forscher am Fraunhofer-Institut f\u00fcr Werkstoffmechanik IWM in Freiburg unterst\u00fctzen die Hersteller beim Optimieren der Oxidschichten. \u00bbWir haben eine effektive und anwendungsorientierte Methode entwickelt, um die Eigenschaften von TCO-Schichten zu simulieren\u00ab, sagt Dr. Wolfgang K\u00f6rner, Wissenschaftler am IWM. Der Clou: Die Wissenschaftler simulieren die Atomstruktur der Schichten besonders realit\u00e4tsnah und unter Ber\u00fccksichtigung von allen m\u00f6glichen atomaren Fehlern \u2013 egal ob es sich dabei um ungeordnete amorphe oder kristalline, sehr geordnete Strukturen handelt. Anhand dieser Simulationen untersuchen sie, wie gut sich die Elektronen in der Schicht bewegen k\u00f6nnen, also wie gut das Oxid elektrischen Strom leitet.<\/p>\n
\u00bbWir k\u00f6nnen gezielt nachverfolgen, wie sich die elektronische Zustandsdichte ver\u00e4ndert, wenn wir die atomare Struktur der Schicht \u00e4ndern\u00ab, erl\u00e4utert K\u00f6rner. Die Forscher k\u00f6nnen ebenfalls beantworten, ob das Licht absorbiert wird, oder ob es die Schicht ungehindert passiert und sie durchsichtig erscheinen l\u00e4sst.<\/p>\n
\u00bbWir verlagern die Trial-and-Error-Materialver-suche in den Computer und k\u00f6nnen so viel schneller und kosteng\u00fcnstiger die Eigenschaften absch\u00e4tzen, die die jeweilige Stoffzusammensetzung des betrachteten TCOs hat\u00ab, sagt Wolfgang K\u00f6rner. In seinen Projekten vergr\u00f6\u00dfert er das Verst\u00e4ndnis daf\u00fcr, wie die jeweiligen Eigenschaften der Oxidschichten entstehen. Dieses Verst\u00e4ndnis hilft seinen Industriepartnern, ihre Produktionen zu verbessern oder gew\u00fcnschte Oxidschicht-Eigenschaften zu erhalten.<\/p>\n
Die wesentlichen Defekte, die in solchen Schichten auftreten, konnten die Forscher bereits finden. Die Strukturen lassen sich nie ganz fehlerfrei fertigen: Zwar sollten sie nur aus bestimmten Atomen bestehen, beispielsweise aus Zink, Zinn und Sauerstoff. Doch mogeln sich immer mal wieder auch andere Atome mit hinein, etwa Wasserstoffatome \u2013 und ver\u00e4ndern somit die Leitf\u00e4higkeit und die Transparenz der Schicht. Doch welche Defekte im atomaren Aufbau mindern die Transparenz? Und wie kann man diese Defekte beseitigen und den Oxiden somit zu mehr Durchsichtigkeit verhelfen? Die Forscher fanden unter anderem heraus, dass es bei bestimmten Oxiden hilft, sie einmal zu geeignet hohen Temperaturen aufzuheizen oder in sauerstoffreicher Umgebung zu erw\u00e4rmen.<\/p>\n
In einem zweiten Ansatz drehen die Wissenschaftler den Spie\u00df um: Sie f\u00fcgen verschiedene Atome gezielt in die Struktur ein und simulieren, welche Auswirkungen das auf die Eigenschaften hat. Hierbei ist das Ziel, die Leitf\u00e4higkeit und die Transparenz mit den passenden \u00bbVerunreinigungen\u00ab noch weiter in die H\u00f6he zu treiben und so ein Material im Computer designen zu k\u00f6nnen.<\/p>\n