Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Solarzellen-Verschleiß erstmals live im Blick

09.12.2013
Röntgenuntersuchung zeigt Strukturveränderungen in „Plastiksolarzellen“

Forscher der Technischen Universität München haben mit Hilfe von DESYs Röntgenlichtquelle PETRA III erstmals live dem Verschleißen organischer Solarzellen zugesehen.


Die Struktur der aktiven Schicht der Solarzelle zu Beginn (links) und zum Ende der Untersuchung (rechts). Die Gesamtfläche der blau-gelben aktiven Domänen ist in den sieben Stunden geschrumpft. TU München

Die Untersuchung könnte neue Ansatzpunkte liefern, um der vielversprechenden Solarzellenart eine größere Stabilität zu verleihen. Das Team um Prof. Peter Müller-Buschbaum stellt seine Beobachtungen im aktuellen Heft des Fachjournals "Advanced Materials" (Nr. 46, 10. Dezember) vor.

Sogenannte organische Solarzellen, insbesondere auf Polymerbasis, sind nicht nur kostengünstig und großflächig herstellbar, sondern erschließen dank ihrer Biegsamkeit auch Anwendungsgebiete, die bisweilen für die Photovoltaik unzugänglich sind. Außerdem können sie eine für Solarzellen große Effizienz (Wirkungsgrad) von mittlerweile mehr als zehn Prozent bei der Umwandlung von Licht in Strom erreichen und damit einen wichtigen Anteil zur Energieversorgung aus erneuerbaren Quellen liefern. Allerdings besitzen sie eine kürzere Lebensdauer als herkömmliche Siliziumzellen, und ihre Effizienz lässt noch schnell nach.

An der Messstation P03 bei DESYs Röntgenquelle PETRA III haben die Wissenschaftler den Verschleiß organischer Solarzellen nun erstmals live im Betrieb beobachtet. Dazu beleuchteten sie eine Polymer-Solarzelle mit einem Solarsimulator, der Licht mit dem Spektrum und der Intensität der Sonneneinstrahlung erzeugt, und zeichneten die elektrischen Eigenschaften der Zelle auf. Im Abstand von einigen Minuten bis zu einer Stunde durchleuchteten die Forscher die Zelle zudem mit dem scharf fokussierten Röntgenstrahl von PETRA III. Während der siebenstündigen Untersuchung sank die Effizienz der Solarzelle um rund ein Viertel. Parallel dazu konnten die Forscher mit dem Röntgenlicht Veränderungen an der inneren Struktur der aktiven Schicht beobachten, die das Herzstück organischer Solarzellen darstellt.

Der elektrische Strom wird darin an so genannten aktiven Domänen erzeugt, wo Licht absorbiert wird und elektrische Ladungsträger freigesetzt werden. Diese Domänen besaßen zu Beginn der Messung einen mittleren Durchmesser von knapp 70 Nanometern (millionstel Millimetern), der während der Untersuchung um etwa 17 Prozent auf rund 80 Nanometer anwuchs. Gleichzeitig stieg auch der mittlere Abstand der aktiven Domänen um 19 Prozent von 310 auf 370 Nanometer an, wie die Röntgenmessungen zeigten.

"Dies legt nahe, dass während des Betriebs kleine Domänen zugunsten größerer unwiederbringlich verschwinden", erläutert Erstautor Christoph Schaffer, Doktorand aus der Arbeitsgruppe von Müller-Buschbaum. "Zwar wachsen die Domänen dadurch, jedoch entfernen sie sich auch voneinander, wodurch sich unter dem Strich ihre Gesamtfläche verringert. Insgesamt lässt sich dadurch exakt der beobachtete Rückgang des Stromertrages erklären.“

„Die Untersuchung erklärt erstmals den Verschleißmechanismus, das ist ein erster Schritt“, erläutert Koautor Dr. Stephan Roth, verantwortlicher DESY-Wissenschaftler für die Messstation P03. „Der nächste Schritt ist, dass man versucht, das Wachstum etwa durch den Zusatz geeigneter Substanzen gezielt zu hemmen oder zu steuern. So ist es beispielsweise denkbar, die innere Struktur von Polymer-Solarzellen bei der Produktion so zu gestalten, dass sich die aktiven Bereiche während der ersten Betriebsstunden gerade in eine optimale Struktur entwickeln, statt aus ihr herauszuwachsen“, erklärt Müller-Buschbaum. „Solche Maßnahmen können genau bewirken, dass industriell produzierte Zellen schließlich auch bei längerem Betrieb über der für Polymer-Solarzellen wirtschaftlich entscheidenden Effizienzschwelle liegen", betont Roth.

Das Deutsche Elektronen-Synchrotron DESY ist das führende deutsche Beschleunigerzentrum und eines der führenden weltweit. DESY ist Mitglied der Helmholtz-Gemeinschaft und wird zu 90 Prozent vom BMBF und zu 10 Prozent von den Ländern Hamburg und Brandenburg finanziert. An seinen Standorten in Hamburg und Zeuthen bei Berlin entwickelt, baut und betreibt DESY große Teilchenbeschleuniger und erforscht damit die Struktur der Materie. Die Kombination von Forschung mit Photonen und Teilchenphysik bei DESY ist einmalig in Europa.

Originalveröffentlichung
"A Direct Evidence of Morphological Degradation on a Nanometer Scale in Polymer Solar Cells"; Christoph J. Schaffer, Claudia M. Palumbiny, Martin A. Niedermeier, Christian Jendrzejewski, Gonzalo Santoro, Stephan V. Roth, Peter Müller-Buschbaum; Adv. Mat., Vol. 25, Nr. 46, S. 6760-6764, 10. Dezember 2013; DOI: 10.1002/adma.201302854
Wissenschaftliche Ansprechpartner:
Prof. Peter Müller-Buschbaum, TU München, +49 89 289-12451, muellerb@ph.tum.de
Dr. Stephan Roth, DESY, +49 40 8998-2934, stephan.roth@desy.de

Dr. Thomas Zoufal | idw
Weitere Informationen:
http://www.desy.de
http://www.desy.de/infos__services/presse/pressemeldungen/2013/pm_91213/index_ger.html

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Materialwissenschaften:

nachricht Beschichtung lässt Muscheln abrutschen
18.08.2017 | Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg

nachricht PKW-Verglasung aus Plastik?
15.08.2017 | Technische Hochschule Mittelhessen

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Materialwissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Unterwasserroboter soll nach einem Jahr in der arktischen Tiefsee auftauchen

Am Dienstag, den 22. August wird das Forschungsschiff Polarstern im norwegischen Tromsø zu einer besonderen Expedition in die Arktis starten: Der autonome Unterwasserroboter TRAMPER soll nach einem Jahr Einsatzzeit am arktischen Tiefseeboden auftauchen. Dieses Gerät und weitere robotische Systeme, die Tiefsee- und Weltraumforscher im Rahmen der Helmholtz-Allianz ROBEX gemeinsam entwickelt haben, werden nun knapp drei Wochen lang unter Realbedingungen getestet. ROBEX hat das Ziel, neue Technologien für die Erkundung schwer erreichbarer Gebiete mit extremen Umweltbedingungen zu entwickeln.

„Auftauchen wird der TRAMPER“, sagt Dr. Frank Wenzhöfer vom Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI) selbstbewusst. Der...

Im Focus: Mit Barcodes der Zellentwicklung auf der Spur

Darüber, wie sich Blutzellen entwickeln, existieren verschiedene Auffassungen – sie basieren jedoch fast ausschließlich auf Experimenten, die lediglich Momentaufnahmen widerspiegeln. Wissenschaftler des Deutschen Krebsforschungszentrums stellen nun im Fachjournal Nature eine neue Technik vor, mit der sich das Geschehen dynamisch erfassen lässt: Mithilfe eines „Zufallsgenerators“ versehen sie Blutstammzellen mit genetischen Barcodes und können so verfolgen, welche Zelltypen aus der Stammzelle hervorgehen. Diese Technik erlaubt künftig völlig neue Einblicke in die Entwicklung unterschiedlicher Gewebe sowie in die Krebsentstehung.

Wie entsteht die Vielzahl verschiedener Zelltypen im Blut? Diese Frage beschäftigt Wissenschaftler schon lange. Nach der klassischen Vorstellung fächern sich...

Im Focus: Fizzy soda water could be key to clean manufacture of flat wonder material: Graphene

Whether you call it effervescent, fizzy, or sparkling, carbonated water is making a comeback as a beverage. Aside from quenching thirst, researchers at the University of Illinois at Urbana-Champaign have discovered a new use for these "bubbly" concoctions that will have major impact on the manufacturer of the world's thinnest, flattest, and one most useful materials -- graphene.

As graphene's popularity grows as an advanced "wonder" material, the speed and quality at which it can be manufactured will be paramount. With that in mind,...

Im Focus: Forscher entwickeln maisförmigen Arzneimittel-Transporter zum Inhalieren

Er sieht aus wie ein Maiskolben, ist winzig wie ein Bakterium und kann einen Wirkstoff direkt in die Lungenzellen liefern: Das zylinderförmige Vehikel für Arzneistoffe, das Pharmazeuten der Universität des Saarlandes entwickelt haben, kann inhaliert werden. Professor Marc Schneider und sein Team machen sich dabei die körpereigene Abwehr zunutze: Makrophagen, die Fresszellen des Immunsystems, fressen den gesundheitlich unbedenklichen „Nano-Mais“ und setzen dabei den in ihm enthaltenen Wirkstoff frei. Bei ihrer Forschung arbeiteten die Pharmazeuten mit Forschern der Medizinischen Fakultät der Saar-Uni, des Leibniz-Instituts für Neue Materialien und der Universität Marburg zusammen Ihre Forschungsergebnisse veröffentlichten die Wissenschaftler in der Fachzeitschrift Advanced Healthcare Materials. DOI: 10.1002/adhm.201700478

Ein Medikament wirkt nur, wenn es dort ankommt, wo es wirken soll. Wird ein Mittel inhaliert, muss der Wirkstoff in der Lunge zuerst die Hindernisse...

Im Focus: Exotische Quantenzustände: Physiker erzeugen erstmals optische „Töpfe" für ein Super-Photon

Physikern der Universität Bonn ist es gelungen, optische Mulden und komplexere Muster zu erzeugen, in die das Licht eines Bose-Einstein-Kondensates fließt. Die Herstellung solch sehr verlustarmer Strukturen für Licht ist eine Voraussetzung für komplexe Schaltkreise für Licht, beispielsweise für die Quanteninformationsverarbeitung einer neuen Computergeneration. Die Wissenschaftler stellen nun ihre Ergebnisse im Fachjournal „Nature Photonics“ vor.

Lichtteilchen (Photonen) kommen als winzige, unteilbare Portionen vor. Viele Tausend dieser Licht-Portionen lassen sich zu einem einzigen Super-Photon...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

European Conference on Eye Movements: Internationale Tagung an der Bergischen Universität Wuppertal

18.08.2017 | Veranstaltungen

Einblicke ins menschliche Denken

17.08.2017 | Veranstaltungen

Eröffnung der INC.worX-Erlebniswelt während der Technologie- und Innovationsmanagement-Tagung 2017

16.08.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Eine Karte der Zellkraftwerke

18.08.2017 | Biowissenschaften Chemie

Chronische Infektionen aushebeln: Ein neuer Wirkstoff auf dem Weg in die Entwicklung

18.08.2017 | Biowissenschaften Chemie

Computer mit Köpfchen

18.08.2017 | Informationstechnologie