{"id":86780,"date":"2022-11-15T02:38:00","date_gmt":"2022-11-15T01:38:00","guid":{"rendered":"https:\/\/www.sonnenseite.com\/?p=86780"},"modified":"2022-11-27T08:12:04","modified_gmt":"2022-11-27T07:12:04","slug":"tu-dresden-ein-neues-konzept-fuer-solarzellen","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.sonnenseite.com\/de\/wissenschaft\/tu-dresden-ein-neues-konzept-fuer-solarzellen\/","title":{"rendered":"TU Dresden: Ein neues Konzept f\u00fcr Solarzellen"},"content":{"rendered":"\n
Forschende der Technischen Universit\u00e4t Dresden haben ein v\u00f6llig neues Konzept f\u00fcr Solarzellen entwickelt. Dieses macht sich die Tatsache zunutze, dass Materialien in unterschiedlichen Kristallmodifikationen vorliegen k\u00f6nnen. <\/p>\n\n\n\n
Der Zweck einer photovoltaischen Zelle ist die Umwandlung von Sonnenlicht in Elektrizit\u00e4t. Durch Absorption von Sonnenlicht entstehen im Material Paare von Ladungstr\u00e4gern, die zu unterschiedlichen Polen der Solarzelle geleitet werden m\u00fcssen, um den elektrischen Stromfluss zu erm\u00f6glichen. Um dies zu erreichen, m\u00fcssen Solarzellen einen \u00dcbergang zwischen zwei unterschiedlichen Halbleitermaterialien aufweisen, der den Ladungstr\u00e4gern die ideale \u201eelektronische Landschaft\u201c f\u00fcr die Trennung bietet. In Siliziumsolarzellen wird dies durch Bereiche im Material erreicht, die unterschiedlich dotiert sind und einen sogenannten p-n-\u00dcbergang bilden. In organischen Solarzellen erreicht man einen solchen Hetero\u00fcbergang beispielsweise durch Mischung zweier Halbleitermaterialien, mit einem Donor und einem Akzeptor. F\u00fcr neuartige Materialsysteme sind diese Methoden jedoch kaum geeignet.<\/p>\n\n\n\n
Prof. Vaynzof und ihr Team zeigten nun, dass ein solcher Hetero\u00fcbergang in Solarzellen auch v\u00f6llig anders erzeugt werden kann. Daf\u00fcr nutzten die Forscher aus, dass manche Materialien in unterschiedlichen Kristallformen (Phasen) vorliegen k\u00f6nnen. Dieses Ph\u00e4nomen der Polymorphie bedeutet, dass ein Material unterschiedliche Eigenschaften aufweisen kann, je nachdem wie seine Atome und Molek\u00fcle im Kristallgitter angeordnet sind. Prof. Vaynzof und ihrem Team ist es erstmals gelungen, einen Hetero\u00fcbergang in Solarzellen zu bilden, in dem sie das gleiche Material in zwei unterschiedlichen Phasen zusammengebracht haben. Um die neue Funktionsweise zu demonstrieren, nutzten die Forscher C\u00e4sium-Blei-Iodid Perowskit \u2013 ein effizientes Absorbermaterial f\u00fcr Solarzellen \u2013 in der Beta- und der Gamma-Phase.<\/p>\n\n\n\n
\u201eDie optischen und elektrischen Eigenschaften von C\u00e4sium-Blei-Iodid in der Beta- und der Gamma-Phase sind unterschiedlich\u201c erkl\u00e4rt Prof. Vaynzof. \u201eIndem wir Gamma-C\u00e4sium-Blei-Iodid auf der Beta-Phase abscheiden, k\u00f6nnen wir einen Phasen-Hetero\u00fcbergang in Solarzellen realisieren, wodurch die Bauteile wesentlich effizienter als jene Solarzellen mit nur einer Phase des Perowskits sind.\u201c <\/p>\n\n\n\n
Die Forscher zeigen in ihrer Arbeit, dass die obere Lage aus Gamma Perowskit die Leistungsf\u00e4higkeit der Solarzelle auf verschiedene Arten beeinflusst. \u201eSehr d\u00fcnne Schichten des Gamma-Perowskits f\u00fchren bereits zu einer Leistungssteigerung, da diese d\u00fcnne Schicht Defekte der darunterliegenden Schicht passiviert. Dickere Schichten des Gamma-Perowskits steigern dann jedoch die Leistungsf\u00e4higkeit der Solarzelle weiter und erreichen einen Wirkungsgrad von \u00fcber 20%\u201c erg\u00e4nzt Ran Ji, der Erstautor der Studie. <\/p>\n\n\n\n
\u201eFortschrittliche spektroskopische Untersuchungen konnten zeigen, dass diese Verbesserung der Leistungsf\u00e4higkeit auf die erh\u00f6hte Lichtabsorption und eine verbesserte Ausrichtung der elektronischen Energieniveaus zur\u00fcckzuf\u00fchren ist.\u201c f\u00fcgt Prof. Vaynzof hinzu. Ganz wichtig war dabei, dass die Forscher nachweisen konnten, dass ein solcher Phasen-Hetero\u00fcbergang auch beim Betrieb der Solarzelle erhalten bleibt und sogar die Ionenwanderung im Absorbermaterial herabsetzt, was ein typisches Problem von Perowskit-Solarzellen l\u00f6st.<\/p>\n\n\n\n
Um einen solchen Phasen-Hetero\u00fcbergang zu realisieren, nutzten die Wissenschaftler:innen unterschiedliche Herstellungsprozesse f\u00fcr die obere und untere Schicht. Dadurch wird es m\u00f6glich sein, solche Strukturen auch in Zukunft sehr leicht herzustellen. <\/p>\n\n\n\n
\u201eWir hoffen, dass dieses neuartige Konzept und die sehr einfache Herstellung eines solchen \u00dcbergangs sich auch auf andere Materialsysteme und Halbleiterbauteile \u00fcbertragen l\u00e4sst\u201c sagt Prof. Vaynzof. Da Polymorphie auch in vielen anderen Halbleitern bekannt ist, k\u00f6nnte dieses neue Konzept des Phasen-Hetero\u00fcbergangs den Weg zu neuen elektronischen Bauteilen und Anwendungen ebnen, die sich mittels einfacher und kosteng\u00fcnstiger Herstellungsprozesse auf Basis eines einzigen Materialsystems realisieren lassen.<\/p>\n\n\n\n