Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Ladungstransport in hybriden Silizium-basierten Solarzellen

17.08.2015

Eine überraschende Erkenntnis bei organisch-anorganischen Hybrid-Solarzellen hat ein Team um Silke Christiansen gewonnen: anders als erwartet, entspricht der Übergang zwischen der organischen leitfähigen Kontaktschicht aus PEDOT:PSS und dem Silizium-Absorbermaterial nicht einem Metall-Halbleiter-Kontakt (Schottky-Kontakt), sondern einem pn-Übergang zwischen zwei Halbleitermaterialien.

Ihre Ergebnisse sind nun in dem Nature-Journal Scientific Reports (doi:10.1038/srep13008) publiziert und können neue Wege aufzeigen, hybride Solarzellen zu optimieren.


Frau Sara Jäckle

MPG/Björn Hoffmann

Das untersuchte System basiert auf konventionellen n-dotierten Siliziumwafern, die mit dem organischen hochleitfähigen Material PEDOT:PSS beschichtet sind und einen Wirkungsgrad von etwa 14 % zeigen. Diese Material-Kombination wird aktuell auch von anderen Forschergruppen intensiv untersucht.

„Wir haben systematisch die Kennlinien, Dunkelströme sowie die Kapazitäten von solchen Schichtsystemen ausgemessen, und zwar mit unterschiedlich dotierten Siliziumwafern“, erklärt Sara Jäckle, Erstautorin der Arbeit und Doktorandin im Team von Prof. Silke Christiansen (HZB-Institut für Nanoarchitekturen für die Energieumwandlung und Projektleiterin am MPI für die Physik des Lichts, Erlangen). Für einige Messungen arbeitete das Team auch mit der Arbeitsgruppe von Prof. Klaus Lips vom HZB-Institut für Nanospektroskopie zusammen.

„Dabei haben wir festgestellt, dass die Dunkelkennlinien sowie die Leerlaufspannung der Solarzellen von der n-Dotierung der Siliziumschicht abhängen. Dieses Verhalten und die Größenordnung der Messwerte passen jedoch überhaupt nicht zu einem typischen Schottky-Kontakt.“

Der Befund ist überraschend, denn n-Silizium ist ein typischer Halbleiter, während PEDOT:PSS üblicherweise als metallisch leitend beschrieben wird. Bislang wurde deshalb angenommen, dass zwischen diesen beiden Materialien ein typischer Metall-Halbleiter-Kontakt besteht, der durch die Schottky-Gleichung beschrieben werden kann.

Doch die Messdaten und der Abgleich mit theoretischen Modellierungen zeigen etwas anderes: Die organische, leitfähige Schicht verhält sich im Kontakt mit n-Silizium nicht wie ein Metall sondern wie ein p-Halbleiter. „Die Messergebnisse hängen von der Stärke der n-Dotierung ab, genau wie bei einem Heteroübergang zwischen einem p-Halbleiter und einem n-Halbleiter“, sagt Sara Jäckle.

„Diese Arbeit betrifft einen ganz wichtigen Aspekt bei solchen hybriden Schichtsystemen, nämlich das Verhalten an der Grenzschicht”, sagt Silke Christiansen. „Die Ergebnisse sind vermutlich auch für andere hybride Systeme gültig, die für die Photovoltaik oder andere optoelektronische Anwendungen interessant sind, beispielsweise auch für Perowskit-Zellen. Sie geben uns neue Hinweise, wie wir gezielt an der Grenzflächenoptimierung arbeiten können”.

Anmerkung: Gerade ist der Sonderforschungsbereich SPP951- Hybrid Inorganic/Organic Systems for Opto-Electronics (HIOS) in die zweite Förderperiode gestartet. In einem Teilprojekt dieses SFBs wird das Team um Silke Christiansen die Forschung an hybriden Grenzflächen fortsetzen.

Weitere Informationen:

Sara Jäckle
Max-Planck-Institut für die Physik des Lichts
Tel. +49 9131 6877 452
E-Mail: sara.jaeckle@mpl.mpg.de

Prof. Dr. Silke Christiansen
Institut Nanoarchitekturen für die Energieumwandlung
E-Mail: silke.christiansen@helmholtz-berlin.de

Pressestelle HZB
Dr. Antonia Rötger
Tel: +49 30 8062-43733
E-Mail: antonia.roetger@helmholtz-berlin.de

Weitere Informationen:

http://www.helmholtz-berlin.de/pubbin/news_seite?nid=14273&sprache=de&ty...
http://www.nature.com/articles/srep13008

Dr. Ina Helms | Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie GmbH

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Energie und Elektrotechnik:

nachricht Energieproduzierende Fenster stehen kurz bevor
23.02.2017 | University of Minnesota / Università degli Studi di Milano-Bicocca

nachricht Hauchdünn wie ein Atom: Ein revolutionärer Halbleiter für die Elektronik
23.02.2017 | Universität Bayreuth

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Energie und Elektrotechnik >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: „Vernetzte Autonome Systeme“ von acatech und DFKI auf der CeBIT

Auf der IT-Messe CeBIT vom 20. bis 24. März präsentieren acatech – Deutsche Akademie der Technikwissenschaften und das Deutsche Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz (DFKI) in Kooperation mit der Deutschen Messe AG vernetzte Autonome Systeme. In Halle 12 am Stand B 63 erwarten die Besucherinnen und Besucher unter anderem Roboter, die Hand in Hand mit Menschen zusammenarbeiten oder die selbstständig gefährliche Umgebungen erkunden.

Auf der IT-Messe CeBIT vom 20. bis 24. März präsentieren acatech – Deutsche Akademie der Technikwissenschaften und das Deutsche Forschungszentrum für...

Im Focus: Kühler Zwerg und die sieben Planeten

Erdgroße Planeten mit gemäßigtem Klima in System mit ungewöhnlich vielen Planeten entdeckt

In einer Entfernung von nur 40 Lichtjahren haben Astronomen ein System aus sieben erdgroßen Planeten entdeckt. Alle Planeten wurden unter Verwendung von boden-...

Im Focus: Mehr Sicherheit für Flugzeuge

Zwei Entwicklungen am Lehrgebiet Rechnerarchitektur der FernUniversität in Hagen können das Fliegen sicherer machen: ein Flugassistenzsystem, das bei einem totalen Triebwerksausfall zum Einsatz kommt, um den Piloten ein sicheres Gleiten zu einem Notlandeplatz zu ermöglichen, und ein Assistenzsystem für Segelflieger, das ihnen das Erreichen größerer Höhen erleichtert. Präsentiert werden sie von Prof. Dr.-Ing. Wolfram Schiffmann auf der Internationalen Fachmesse für Allgemeine Luftfahrt AERO vom 5. bis 8. April in Friedrichshafen.

Zwei Entwicklungen am Lehrgebiet Rechnerarchitektur der FernUniversität in Hagen können das Fliegen sicherer machen: ein Flugassistenzsystem, das bei einem...

Im Focus: HIGH-TOOL unterstützt Verkehrsplanung in Europa

Forschung am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) unterstützt die Europäische Kommission bei der Verkehrsplanung: Anhand des neuen Modells HIGH-TOOL lässt sich bewerten, wie verkehrspolitische Maßnahmen langfristig auf Wirtschaft, Gesellschaft und Umwelt wirken. HIGH-TOOL ist ein frei zugängliches Modell mit Modulen für Demografie, Wirtschaft und Ressourcen, Fahrzeugbestand, Nachfrage im Personen- und Güterverkehr sowie Umwelt und Sicherheit. An dem nun erfolgreich abgeschlossenen EU-Projekt unter der Koordination des KIT waren acht Partner aus fünf Ländern beteiligt.

Forschung am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) unterstützt die Europäische Kommission bei der Verkehrsplanung: Anhand des neuen Modells HIGH-TOOL lässt...

Im Focus: Zinn in der Photodiode: nächster Schritt zur optischen On-Chip-Datenübertragung

Schon lange suchen Wissenschaftler nach einer geeigneten Lösung, um optische Komponenten auf einem Computerchip zu integrieren. Doch Silizium und Germanium allein – die stoffliche Basis der Chip-Produktion – sind als Lichtquelle kaum geeignet. Jülicher Physiker haben nun gemeinsam mit internationalen Partnern eine Diode vorgestellt, die neben Silizium und Germanium zusätzlich Zinn enthält, um die optischen Eigenschaften zu verbessern. Das Besondere daran: Da alle Elemente der vierten Hauptgruppe angehören, sind sie mit der bestehenden Silizium-Technologie voll kompatibel.

Schon lange suchen Wissenschaftler nach einer geeigneten Lösung, um optische Komponenten auf einem Computerchip zu integrieren. Doch Silizium und Germanium...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Aufbruch: Forschungsmethoden in einer personalisierten Medizin

24.02.2017 | Veranstaltungen

Österreich erzeugt erstmals Erdgas aus Sonnen- und Windenergie

24.02.2017 | Veranstaltungen

Big Data Centrum Ostbayern-Südböhmen startet Veranstaltungsreihe

23.02.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Fraunhofer HHI auf dem Mobile World Congress mit VR- und 5G-Technologien

24.02.2017 | Messenachrichten

MWC 2017: 5G-Hauptstadt Berlin

24.02.2017 | Messenachrichten

Auf der molekularen Streckbank

24.02.2017 | Biowissenschaften Chemie