Dünnschicht-Solarzellen
Neue Prüfmethode zeigt Materialdefekte
Forscher der Ludwig-Maximilians-Universität München haben eine neue Methode entwickelt, um Materialdefekte in Solarzellen sichtbar zu machen: Mit Hilfe lokaler Laseranregung haben die Wissenschaftler erstmals das aktive Material organischer Dünnschicht-Solarzellen unter einer Art Lichtmikroskop untersucht.
»Wir haben eine Technik entwickelt, bei der wir das Material mit einem fokussierten Laserstrahl, den wir unter anderem mit einer rotierenden Blende modulieren, rastern«, erklärt Christian Westermeier, Erstautor der LMU-Studie. »So können wir die Defektdichte organischer Dünnfilme direkt abbilden, was bisher nicht möglich war.«
Solarzellen verwandeln Sonnenenergie in elektrische Energie. Wie lange die durch Licht induzierte Ladung in Solarzellen verbleibt, bevor sie an den Elektroden extrahiert wird, hängt von der Beschaffenheit des Materials ab: Defektstellen in der aktiven Schicht können als Fallen für Ladungsträger wirken: Sie ziehen einen Teil des Stroms ab, weil sie die Ladungsträger temporär festhalten.
Mit ihrer neuen Messmethode erfassen die Forscher die Änderungen im Stromfluss, die sich durch lokale Anregung der Defektstellen mit Licht ergeben. In der Versuchsanordnung wird ein Rückkontakt als dritte Elektrode verwendet. Durch Anlegen einer elektrischen Spannung an dieser Elektrode können die Fallen der Ladungsträger über einen Feldeffekt gezielt gefüllt und entleert werden. Die Frequenzmodulation des Lasers ermöglicht außerdem, die zeitliche Dynamik der Fallenzustände zu erfassen.
Die Untersuchung zeigt, dass die Defekte im Material ungleichmäßig verteilt sind, so dass es einige Stellen gibt, an denen sie sich häufen. »Es wäre interessant zu wissen, was an diesen Hot Spots mit der Beschichtung passiert«, sagt Projektleiter Dr. Bert Nickel, der auch dem Exzellenzcluster »Nanosystems Initiative Munich« (NIM) angehört. »Die Frage ist, was die Defekte auslöst. Es könnte sich um eine chemische Verunreinigung oder um Störungen in der Anordnung der Moleküle handeln.«
Für ihre Untersuchung haben Bert Nickel und seine Kollegen das organische Molekül Pentacen ausgewählt, das bestleitende Material, das es zurzeit für die Herstellung organischer Halbleiterelemente gibt. Sie untersuchten zunächst eine Dünnschicht bestehend aus einem Halbleitermaterial für Elektronenlöcher.
In einem weiteren Schritt wollen die Wissenschaftler nun die Defekte einer vollständigen Solarzelle abbilden, die aus einer Loch-leitenden und einer Elektronen-leitenden Schicht besteht.
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