Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Magnetischer Fingerabdruck von Grenzflächendefekten im Photostrom von Siliziumsolarzellen gefunden

27.03.2013
HZB-Physiker haben mit einer hochempfindlichen Messmethode an Heterokontakt-Siliziumsolarzellen erstmals wichtige Defektzustände direkt nachgewiesen, denen man schon lange auf der Spur war.

Unterstützt durch Computersimulationen, die an der Universität Paderborn erstellt wurden, konnten sie nun die Natur dieser Defekte mit atomarer Genauigkeit bestimmen. Die Defekte lagern sich genau an der Grenze zwischen dem Siliziumwafer und der nur wenige Millionstel Meter dünnen Schicht aus amorphem Silizium an.


Magnetischer Fingerabdruck von Grenzflächendefekten im Photostrom von Siliziumsolarzellen gefunden. Bild: HZB / University Paderborn

Solarzellen aus Silizium könnten theoretisch 30 Prozent des Sonnenlichts in Strom umwandeln, doch tatsächlich sorgen unter anderem Defekte an der Oberfläche der kristallinen Siliziumwafer dafür, dass der Wirkungsgrad im Labor bisher nur auf 25 % getrieben werden konnte. Eine neue Generation von Solarzellen ist gerade dabei den Markt zu erobern. Im Gegensatz zu herkömmlichen Solarzellen wird auf die Oberfläche der Wafer, bei weniger als 200°C, eine nur 10 Nanometer dünne ungeordnete (amorphe) Siliziumschicht aufgedampft.

Das amorphe Silizium ist sowohl in der Lage die Defekte an der Oberfläche teilweise abzusättigen, als auch Strom direkt aus der Solarzelle abzuleiten. Diese Solarzelle erreicht sogar schon im industriellen Maßstab einen Wirkungsgrad von 24.7 % und könnte in Zukunft eine wichtige Rolle auf dem Markt spielen. Bisher waren Forscher jedoch auf Vermutungen angewiesen, welche Zustände die Ladungsträger bei ihrer Reise durch die Grenzfläche zwischen geordneter und ungeordneter Siliziumschicht aufhalten.

HZB-Physiker des Instituts für Silizium-Photovoltaik haben nun einen raffinierten Weg gefunden, um die Defekte an der Grenzfläche direkt aufzuspüren und ihre elektronische Struktur zu bestimmen. „Wenn sich Elektronen an den Defekten anlagern, können wir ihren Spin, also ihr kleines magnetisches Moment, wie eine Sonde nutzen um sie zu studieren“ erklärt Dr. Alexander Schnegg.

Mit einer hochempfindlichen Messmethode, der elektrisch detektierten magnetischen Resonanz (EDMR), hinterlässt der Defekt einen winzigen magnetischen Fingerabdruck im Strom der Solarzelle, wenn diese in einem Magnetfeld mit Mikrowellen bestrahlt wird. Aus diesem magnetischen Fingerabdruck konnten Theoretiker der Universität Paderborn mit quantenchemischen Modellierungen detaillierte Informationen über die Position der Defekte innerhalb der Schichten und ihre Ladungsverlustmechanismen gewinnen.

„Wir haben im Wesentlichen zwei unterschiedliche Familien von Defekten klassifiziert“, sagt Dr. Uwe Gerstmann von der Universität Paderborn, der mit den HZB Forschern im Rahmen des DFG-Schwerpunkts 1601 zusammenarbeitet: „Während eine Art von Defekten eher schwach lokalisiert in der amorphen Schicht sitzt, befindet sich eine zweite Familie direkt an der Grenzfläche, noch in der Kristall-Matrix“.

Damit ist es erstmals gelungen, Prozesse, die den Wirkungsgrad in einer Vielzahl von Silizium-Solarzellen mindern, direkt zu detektieren und mit atomarer Auflösung darzustellen. Die Solarzellen wurden am HZB hergestellt und dort auch vermessen. Die numerischen Methoden wurden an der Uni Paderborn entwickelt. „Diese Ergebnisse können wir nun im nächsten Schritt auch auf andere Typen von Silizium Solarzellen anwenden und so Wege finden, den Wirkungsgrad weiter nach oben und die Kosten nach unten zu treiben“, sagt Schnegg.

Weitere Informationen:

Dr. Alexander Schnegg
Institut Silizium-Photovoltaik
Tel.: +49 (0)30-8062-41373
alexander.schnegg@helmholtz-berlin.de

Pressestelle
Dr. Antonia Rötger
Tel.: +49 (0)30-8062-43733
Fax: +49 (0)30-8062-42998
antonia.roetger@helmholtz-berlin.de

Dr. Ina Helms Lise-Meitner | Helmholtz-Zentrum
Weitere Informationen:
http://www.helmholtz-berlin.de
http://www.helmholtz-berlin.de/pubbin/news_seite?nid=13677&sprache=de&typoid
http://www.helmholtz-berlin.de/pubbin/news_seite?nid=13677&sprache=en&typoid

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Materialwissenschaften:

nachricht Clevere Folien voller Quantenpunkte
27.03.2017 | Technische Universität Chemnitz

nachricht Europäisches Exzellenzzentrum für Glasforschung
17.03.2017 | Friedrich-Schiller-Universität Jena

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Materialwissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Das anwachsende Ende der Ordnung

Physiker aus Konstanz weisen sogenannte Mermin-Wagner-Fluktuationen experimentell nach

Ein Kristall besteht aus perfekt angeordneten Teilchen, aus einer lückenlos symmetrischen Atomstruktur – dies besagt die klassische Definition aus der Physik....

Im Focus: Wegweisende Erkenntnisse für die Biomedizin: NAD⁺ hilft bei Reparatur geschädigter Erbinformationen

Eine internationale Forschergruppe mit dem Bayreuther Biochemiker Prof. Dr. Clemens Steegborn präsentiert in 'Science' neue, für die Biomedizin wegweisende Forschungsergebnisse zur Rolle des Moleküls NAD⁺ bei der Korrektur von Schäden am Erbgut.

Die Zellen von Menschen und Tieren können Schäden an der DNA, dem Träger der Erbinformation, bis zu einem gewissen Umfang selbst reparieren. Diese Fähigkeit...

Im Focus: Designer-Proteine falten DNA

Florian Praetorius und Prof. Hendrik Dietz von der Technischen Universität München (TUM) haben eine neue Methode entwickelt, mit deren Hilfe sie definierte Hybrid-Strukturen aus DNA und Proteinen aufbauen können. Die Methode eröffnet Möglichkeiten für die zellbiologische Grundlagenforschung und für die Anwendung in Medizin und Biotechnologie.

Desoxyribonukleinsäure – besser bekannt unter der englischen Abkürzung DNA – ist die Trägerin unserer Erbinformation. Für Prof. Hendrik Dietz und Florian...

Im Focus: Fliegende Intensivstationen: Ultraschallgeräte in Rettungshubschraubern können Leben retten

Etwa 21 Millionen Menschen treffen jährlich in deutschen Notaufnahmen ein. Im Kampf zwischen Leben und Tod zählt für diese Patienten jede Minute. Wenn sie schon kurz nach dem Unfall zielgerichtet behandelt werden können, verbessern sich ihre Überlebenschancen erheblich. Damit Notfallmediziner in solchen Fällen schnell die richtige Diagnose stellen können, kommen in den Rettungshubschraubern der DRF Luftrettung und zunehmend auch in Notarzteinsatzfahrzeugen mobile Ultraschallgeräte zum Einsatz. Experten der Deutschen Gesellschaft für Ultraschall in der Medizin e.V. (DEGUM) schulen die Notärzte und Rettungsassistenten.

Mit mobilen Ultraschallgeräten können Notärzte beispielsweise innere Blutungen direkt am Unfallort identifizieren und sie bei Bedarf auch für Untersuchungen im...

Im Focus: Gigantische Magnetfelder im Universum

Astronomen aus Bonn und Tautenburg in Thüringen beobachteten mit dem 100-m-Radioteleskop Effelsberg Galaxienhaufen, das sind Ansammlungen von Sternsystemen, heißem Gas und geladenen Teilchen. An den Rändern dieser Galaxienhaufen fanden sie außergewöhnlich geordnete Magnetfelder, die sich über viele Millionen Lichtjahre erstrecken. Sie stellen die größten bekannten Magnetfelder im Universum dar.

Die Ergebnisse werden am 22. März in der Fachzeitschrift „Astronomy & Astrophysics“ veröffentlicht.

Galaxienhaufen sind die größten gravitativ gebundenen Strukturen im Universum, mit einer Ausdehnung von etwa zehn Millionen Lichtjahren. Im Vergleich dazu ist...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Wie Menschen wachsen

27.03.2017 | Veranstaltungen

Zweites Symposium 4SMARTS zeigt Potenziale aktiver, intelligenter und adaptiver Systeme

27.03.2017 | Veranstaltungen

Rund 500 Fachleute aus Wissenschaft und Wirtschaft diskutierten über technologische Zukunftsthemen

24.03.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Fließender Übergang zwischen Design und Simulation

27.03.2017 | HANNOVER MESSE

Industrial Data Space macht neue Geschäftsmodelle möglich

27.03.2017 | HANNOVER MESSE

Neue Sicherheitstechnik ermöglicht Teamarbeit

27.03.2017 | HANNOVER MESSE