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Plasmons Generating Nanocomposite Materials (PGNM) for 3rd Generation Thin Film Solar Cells

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Die Effizienz von Solarzellen mithilfe der plasmonischen Wirkung steigern

Die nächste Generation von Solarzellen (SZ) muss leistungsfähiger und gleichzeitig zu einem vernünftigen Preis verfügbar sein. Die EU-geförderten Wissenschaftler erforschten die Verwendung von oszillierenden Elektronenwolken um metallische Nanopartikel (NP), um die optische Absorption selektiv zu fördern.

Energie

Photovoltaik- (PV) oder Solarzellen sind für eine umfangreiche Marktdurchdringung bereit, falls die Effizienz bei geminderten Kosten gesteigert werden kann. Die Anregung von Plasmonen in Dünnschicht-SZ scheint ein viel versprechender Weg zu sein. Plasmonen sind kohärente und kollektive elektromagnetische Wellen, die durch Schwingungen von beinahe freien Elektronen an der Schnittstelle zwischen zwei Materialien, normalerweise ein metallisches und ein dielektrisches, gebildet werden. Die Induktion dieser plasmonischen Wirkung um metallische NP, eingebettet in dielektrische Materialien, verbesserte den Lichteinfang bei bestimmten Wellenlängen und steigerte so die Absorptionseffizienz. Die Partner des Projekts "Plasmons generating nanocomposite materials (PGNM) for 3rd generation thin film solar cells" (SOLAMON) entwickelten maßgeschneiderte NP-Bausteine zur Integration in kommerzielle, kostengünstige Siliziumsubstrate, die eine plasmonische Wirkung erzeugen sollten. Die Integration erfolgte über ein neu patentiertes Abscheidungsverfahren für große NP bei Raumtemperatur. Sie berücksichtigten drei Klassen von Dünnschicht-SZ: eine, die für den gebäudeintegrierten Photovoltaikmarkt geeignet ist, und die anderen beiden für kleinere Konsumgüter. Die SOLAMON-Forscher schieden sowohl kleine als auch größere Silber-NP ab und bewiesen eine gute Verfahrenssteuerung und Reprodzierbarkeit sowie die Fähigkeit, eine plasmonische Wirkung zu induzieren. Viel versprechende erste Versuche wurden mit großen metallischen NP mit Kernumfassung ausgeführt, deren Produktion zur Anmeldung von zwei Patenten geführt hat. Mithilfe einer integrierten Simulationssoftware wurden die optischen Eigenschaften der drei SZ-Typen mit und ohne PGNM bestimmt und verglichen. PGNM-Schichten wurden erfolgreich in alle drei integriert. Die anfänglichen Prüfungen ebneten den Weg für weitere Verbesserungen. Insbesondere die Verwendung von großen metallischen NP mit Kernumfassung wird wahrscheinlich bestimmte technische Schwierigkeiten, die während den Simulations- und Prüfphasen beobachtet wurden, überwinden können. Die SZ der 1. Generation sind in Verwendung; die SZ der 2. Generation, Dünnschicht-SZ, sind in Hinblick auf den Preis sogar noch wettbewerbsfähiger, es mangelt ihnen jedoch an der gewünschten Umwandlungseffizienz. Die SOLAMON-Technologie weist den Weg in Richtung einer einzigartigen Möglichkeit zur Steigerung der Effizienz bei der Integration von NP, die die Plasmonresonanz für die 3. Generation an Dünnschicht-SZ induzieren können. Werden diese Ziele durch eine fortlaufende Forschung erreicht, hat dies großen Einfluss auf den weltweiten Energiemarkt.

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31 März 2021