Mit Nanomaterialien Solarzellen verbessern
Mehrfachschichten aus Siliziumnanokristallen (Si, NCS) in einer dielektrischen Matrix gestatten durch die Steuerung der Nanokristallgröße und -dichte technische Veränderungen an den Bandlücken. So können Solarzellen mit einer optimierten Bandlücke, einschließlich Tandemstrukturen, hergestellt werden. Sie vereinen mehrere Zellen mit verschiedenen Absorptionsbanden und bestehen aus ungiftigen und reichlich vorhandenen Materialien, die mit der Si-Verarbeitungstechnologie vereinbar sind. Das EU-finanzierte Projekt "Silicon nanodots for solar cell tandem" (NASCENT) realisierte neuartige Komplett-Si-Tandemsolarzellen mit einem abstimmbaren Lückenmaterial als oberer Sonnenlichtabsorber. Für den letztgenannten Fall stellte das Projekt mit Erfolg Quantenpunkte aus Siliziumnanokristallen her. Das Verständnis des elektrischen Transports und der Rekombinationsmechanismen in diesen neu entwickelten Nanomaterialien hatte grundlegende Bedeutung für die Realisierung der geeigneten Tandemsolarzellstrukturen. Um diese Entwicklungsrichtung zu unterstützen, nutzten die Wissenschaftler für aktive Siliziumnanokristalle und das Matrixmaterial moderne Modellierungs- und Charakterisierungsmethoden. Dadurch konnte das Team den Zusammenhang zwischen Wachstumsparametern, elektrischen und optischen Materialeigenschaften und den Geräteeigenschaften besser nachvollziehen. Diese Informationen wurden dazu eingesetzt, um die Quantenpunktmaterialqualität durch Entwicklung wirksamerer Behandlungen nach der Abscheidung (Defekt-Annealing und Wasserstoffpassivierung) für die Absorberschichten zu verbessern. Sie unterstützten gleichermaßen die Verbesserung der Materialwachstumsprozesse, was zu einer viel geringeren Defektdichte innerhalb des Materials führte. Die Projektaktivitäten resultierten in der Entwicklung der Solarzelldemonstratoren. Die Forscher konnten den Einfluss der entwickelten Technologien auf die Wirtschaftlichkeit der Solarzellen ermitteln. Im Betrieb wird man mit den neuen Solarzellen die Effizienzgrenzen der konventionellen Module überwinden und einen Wirkungsgrad von über 20 % erreichen. Im Gegenzug wird eine größere Effizienz weniger Kohlendioxidemissionen und eine bessere Luftqualität für die EU-Bürgerinnen und Bürger nach sich ziehen.
Schlüsselbegriffe
Nanomaterial, Solarzelle, Silizium, Nanokristall, dielektrische Matrix, technische Veränderungen an Bandlücken, Tandem-Struktur, Silizium-Nanopunkt, Quantenpunkt, Defekt-Annealing, Fehler-Glühen, Wasserstoffpassivierung, Materialwachstum
