Effiziente Quantentopf-Solarzellen
Bei der Konzentrator-Photovoltaik bündeln Linsen und gekrümmte Spiegel das Sonnenlicht auf kleine aber hocheffiziente Mehrfachsolarzellen. Diese hocheffizienten Strukturen wandelt Berichten zufolge mehr als 40% des Sonnenlichts in Elektrizität um. Jedoch ist ein Hauptgrund für die Unfähigkeit einiger Solarzellen, die ganze Kraft der Sonne auszuschöpfen, die großen Bandlücken mancher Materialien. Quantentopf-Solarzellen, die den Wirkungsgrad von Solarzellen durch das Einfangen der Solarenergie in Quantentöpfe erhöhen, wurden vor Kurzem als lebensfähige Komponenten für Mehrfachsolarzellen anerkannt. Solche Solarzellen können die gegenwärtigen Beschränkungen von Mehrfachsolarzellen überwinden, indem sie eine flexible Bandlückenabstimmung ermöglichen, während sie gleichzeitig eine gute kristalline Struktur und optische und elektrische Eigenschaften beibehalten. In dem Projekt PHOTOQWELL (Photonic optimisation of multiple quantum well structures for single and dual- junction solar cells) zielten Forscher darauf ab, die Effizienz von Mehrfachquantentopf (MQW)-Solarzellen weiter zu verbessern. Die Forscher entwickelten erfolgreich Rechenwerkzeuge zur Optimierung der Leistung von MQW-Solarzellen. Durch die Simulation der Transporteigenschaften von MQW-Strukturen fanden sie heraus, dass Quantentopfstrukturen aus mehreren Schichten das Potenzial für mehr Lichtabsorption boten. Darüber hinaus spielte die Position der Quantentöpfe in der Solarzelle eine große Rolle für die Trägersammeleffizienz. Wenig bekannt war die starke Abhängigkeit der MQW-Eigenschaften von der Trägerbeweglichkeit in den Quantentöpfen. Eine spannende Entdeckung, die im Zusammenhang mit Solarzellen bislang noch nicht beobachtet wurde, war, dass Quantentöpfe wie Quantendrähte agieren. Halbleiterdünnschichten litten unter der schweren Dickenmodulation und bildeten Streifen mit dreieckigem Querschnitt in einer bestimmten Richtung. Die detaillierte Analyse ihrer Eigenschaften zeigte, dass die lichterzeugten Träger ohne Rekombination über (10-mal) längere Zeiträume als in Quantentöpfen überlebten. Basierend auf dieser Erkenntnis erwägten die Forscher, Quantendrähte zu verwenden, um das Trägersammeln zu verbessern. Um die Leistung von MQW-Solarzellen zu verbessern, ebneten die Forscher den Weg für höhere Wirkungsgrade. Damit wird die Konzentrator-Photovoltaik zu einem gangbaren Weg. Darüber hinaus bieten die spannenden und herausfordernden Eigenschaften von Quantendraht die Möglichkeit, neue Konzepte für Solarzellen zu untersuchen.
