{"id":52192,"date":"2014-04-10T00:00:00","date_gmt":"2014-04-09T22:00:00","guid":{"rendered":"https:\/\/www.sonnenseite.com\/politik\/wie-nanopartikel-noch-duennere-solarzellen-ermoeglichen.html"},"modified":"2014-04-10T00:00:00","modified_gmt":"2014-04-09T22:00:00","slug":"wie-nanopartikel-noch-duennere-solarzellen-ermoeglichen","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.sonnenseite.com\/de\/politik\/wie-nanopartikel-noch-duennere-solarzellen-ermoeglichen\/","title":{"rendered":"Wie Nanopartikel noch d\u00fcnnere Solarzellen erm\u00f6glichen"},"content":{"rendered":"

Nanostrukturen k\u00f6nnten daf\u00fcr sorgen, dass mehr Licht in die aktive Schicht von Solarzellen gelenkt wird, so dass der Wirkungsgrad steigt. <\/p>\n

Prof. Dr. Martina Schmid (HZB und FU) hat nun genau gemessen, wie unregelm\u00e4\u00dfig verteilte Silber-Partikel die Lichtausbeute ver\u00e4ndern. Sie zeigte, dass die Nanoteilchen \u00fcber ihre elektromagnetischen Nahfelder miteinander wechselwirken, so dass lokale \u201eHot Spots\u201c entstehen, wo das Licht besonders stark konzentriert wird.<\/p>\n

Die Arbeit wurde von den Europhysics News<\/a>, dem Magazin der Europ\u00e4ischen Physikalischen Gesellschaft, als Highlight eingestuft und weist den Weg f\u00fcr das gezielte Design solcher Nanostrukturen.<\/p>\n

Selbst bei D\u00fcnnschichtsolarzellen m\u00f6chte man noch Material und damit Kosten sparen. So bestehen zum Beispiel Chalkopyrit-Zellen (CIGS) teilweise aus seltenen Elementen wie Indium und Gallium. Macht man die aktive Schicht jedoch sehr d\u00fcnn, absorbiert sie zu wenig Licht und der Wirkungsgrad sinkt. Nanostrukturen k\u00f6nnten das Licht im aktiven Material einfangen und so die Effizienz erh\u00f6hen. Diese Idee verfolgt Prof. Dr. Martina Schmid, die am HZB die Nachwuchsgruppe NanooptiX leitet und an der FU eine Juniorprofessur hat. \u201eUnser Ziel ist es, Nanostrukturen so zu optimieren, dass sie gezielt bestimmte Wellenl\u00e4ngen des Sonnenspektrums in die Zelle hineinstreuen.\u201c<\/p>\n

Unregelm\u00e4\u00dfig verteilte Nanopartikel<\/strong><\/p>\n

Eine Option daf\u00fcr sind einfache Nanostrukturen aus Metall-Partikeln, die sich selbst ausbilden, wenn man einen d\u00fcnnen Metallfilm aufbringt und mit W\u00e4rme behandelt. Daf\u00fcr beschichtete Martina Schmid zun\u00e4chst ein Glassubstrat mit einem extrem d\u00fcnnen Silberfilm (20 nm), den sie anschlie\u00dfend einer W\u00e4rmebehandlung unterzog. Dadurch bildeten sich unregelm\u00e4\u00dfige Silberpartikel mit Durchmessern um die 100 Nanometer.<\/p>\n

Mit der \u201eLichtspitze\u201c \u00fcber die Probe<\/strong><\/p>\n

Wie solche zuf\u00e4llig verteilten Nanopartikel den Lichteinfall auf eine darunterliegende Solarzelle beeinflussen, untersuchte Martina Schmid mit Kollegen am California Institute of Technology (CalTech). Sie nutzten daf\u00fcr eine besonders empfindliche Methode, der Rasternahfeld-Mikroskopie (SNOM): Dabei wird eine extrem feine Spitze \u00fcber die Probe gef\u00fchrt, die zum einen wie bei der Rasterkraftmikroskopie die Topographie ermittelt, gleichzeitig aber auch durch einen winzigen Kanal in der Spitze die Probe lokal belichtet und optische Anregungen (Plasmonen) in den Nanopartikeln erzeugt. Diese optischen Anregungen k\u00f6nnen entweder das Licht wie gew\u00fcnscht in die Solarzelle hineinkoppeln\u00a0 – oder aber im Gegenteil in W\u00e4rme verwandeln, wodurch es f\u00fcr die Solarzelle verloren geht.<\/p>\n

Es kommt auf die Nachbarschaft an: Wechselwirkungen bestimmen \u00fcber die Streuung des Lichts<\/strong><\/p>\n

Die Messungen zeigten, dass es zwischen dicht benachbarten unregelm\u00e4\u00dfig verteilten Nanopartikeln starke Wechselwirkungen geben kann, was lokal zu \u201eHot Spots\u201c f\u00fchrt. \u201eW\u00e4hrend in den dunklen Regionen Licht verst\u00e4rkt absorbiert und in W\u00e4rme umwandelt wird, zeigen die hellen \u201eHot-Spots\u201c, wo die elektromagnetischen Felder von Nanopartikeln besonders stark wechselwirken. Dadurch k\u00f6nnte die Energieumwandlung in der Solarzelle erh\u00f6ht werden\u201c, erkl\u00e4rt Martina Schmid.<\/p>\n

Letztendlich entstehen Bereiche sehr starker, aber auch Bereiche vergleichsweise schwacher Felder. Allerdings ist es schwierig, einen klaren Zusammenhang zwischen dem Auftreten dieser Hot Spots und bestimmten Nanopartikeln herzustellen.\u00a0 \u201eDie Teilchen wirken \u00fcber ihre elektromagnetischen Nahfelder aufeinander ein, das ist deutlich komplexer als bislang vermutet. Wir m\u00fcssen nun herausfinden, wie wir gezielt die gew\u00fcnschten Feldverteilungen erzeugen k\u00f6nnen\u201c, erkl\u00e4rt Martina Schmid.\u00a0 Diese Fragen wird sie am HZB und an der Freien Universit\u00e4t Berlin zusammen mit der Arbeitsgruppe um Prof. Dr. Paul Fumagalli weiter untersuchen.<\/p>\n

Originalpublikation:<\/strong> M. Schmid, J. Grandidier and H. A. Atwater, \u201cScanning near-field optical microscopy on dense random assemblies of metal nanoparticles\u201c, J. Opt., 15, 125001 (2013) Hier<\/a> k\u00f6nnen Sie den Text kostenfrei abrufen.<\/p>\n

Nachtrag: Prof. Dr. Martina Schmid leitet die Nachwuchsgruppe f\u00fcr Nanooptische Konzepte f\u00fcr die Photovoltaik (NanooptiX). Sie hat eine Junior-Professur an der Freien Universit\u00e4t Berlin. Die experimentellen Arbeiten fanden w\u00e4hrend ihrer Postdoc-Zeit am renommierten California Institute of Technology Caltech in der Gruppe von Prof. Harry Atwater statt.<\/em><\/p>\n

Vom 14. \u2013 17. April findet in Br\u00fcssel die Photonics Europe Konferenz der Society for Optics and Photonics statt, wo Patrick Andrae, ein Doktorand aus der Nachwuchsgruppe, einen Vortrag<\/a> \u00fcber das Thema h\u00e4lt.<\/em><\/p>\n

Quelle<\/h5>\n

Helmholtz Zentrum Berlin 2014<\/p>\n

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