Hybrid-Solarzelle mit Rekord-Wirkungsgrad

  • 14. January 2015

Zusätzliche organische Schicht nutzt auch infrarote Strahlung.

Maximale Effizienz, minimaler Einsatz: Eine neu entwickelte Dünnschichtsolarzelle auf Siliziumbasis nutzt mithilfe einer organischen Zusatzschicht auch infrarote Strahlung. So erreicht die Hybrid-Solarzelle trotz eines minimalen Materialeinsatzes einen Rekord-Wirkungsgrad von 11,7 Prozent. Grundbaustein der Zelle ist eine sehr dünne Schicht aus amorphem Silizium, die mit Wasserstoff durchsetzt ist (a-Si:H). Solche einfachen Dünnschicht-Solarzellen erreichen jedoch nur geringe Wirkungsgrade und nutzen lediglich Photonen im blauen und grünen Bereich des Lichtspektrums.

Hybrid-Solarzelle

Abb.: Schematische Darstellung der Triple-Zelle, bestehend aus einer Tandemstruktur aus amorphem Silizium und einer organischen Sub-Zelle. Durch die optimale Anpassung der Absorptionsbereiche der drei Zellen wird Licht über einen weiten Spektralbereich effizient in elektrischen Strom umgesetzt. (Bild: S. Roland, D. Neher, U Potsdam)

Steffen Roland von der Universität Potsdam und seine Kollegen haben die Solarzelle deshalb zunächst um eine weitere a-Si:H-Schicht zu einer Tandemzelle erweitert und dann zusätzlich eine organische Schicht aufgebracht. Die organische Schicht besteht aus „Fußballmolekülen“ oder Fullerenen, die mit halbleitenden Polymeren gemischt sind. Diese Schicht wandelt auch Infrarotstrahlung in elektrische Energie um, die von den Siliziumschichten nicht genutzt werden kann. So konnten die Forscher den Wirkungsgrad der Triplezelle auf über 11Prozent steigern. Die hohen Absorptionskoeffizienten der a-Si:H-Schichten und die Eigenschaften der organischen Schicht ermöglichen eine aktive Schichtstruktur, die nicht dicker als ein Mikrometer ist. Zudem ist diese Solarzellen-Architektur deutlich beständiger gegenüber Alterungseffekten.

Der Erfolge zeige eindrucksvoll, wie die enge Zusammenarbeit unterschiedlichen Fachrichtungen – organische Halbleiter und anorganische Halbleiter – zu neuen Devicestrukturen mit verbesserten Eigenschaften führe, so Rutger Schlatmann vom Helmholtz-Zentrum Berlin. „Die Zelle lässt sich einfach mit etablierten Dünnschichttechnologien herstellen, die industriegängig und auch für die Produktion von großen Folien geeignet sind.“ Die komplementäre Verbindung organischer und anorganischer Materialien in einer Stapelzelle ist also eine vielversprechende Option für Solarzellen der Zukunft.

UP / RK

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