Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Was „hüpfende“ Ladungsträger über Solarzellen verraten

04.06.2010
Physiker der Universität Jena gewinnen bei der Charakterisierung von Halbleitern neue Erkenntnisse

Thüringen hat sich in den vergangenen Jahren zu einem bedeutenden Standort im Bereich der Photovoltaik entwickelt: Mehr als zehn Prozent des weltweiten Photovoltaik-Umsatzes wurden 2007 von Thüringer Herstellern erwirtschaftet.

Und auch in der aktuellen weltweiten Wirtschaftskrise verzeichnet die Solarbranche weiter beachtliche Wachstumsraten. Neben den bislang dominierenden Solarmodulen auf Siliziumbasis, sind derzeit vor allem Dünnschicht-Solarmodule auf dem Vormarsch: Sie sind weitaus weniger energieintensiv in der Herstellung und besitzen nur etwa ein Zehntel der Schichtdicke herkömmlicher Module, so dass sie sich deutlich kostengünstiger herstellen lassen.

Doch noch hapert es an der Leistungsfähigkeit dieser Module, weshalb Industrie und Wissenschaft intensiv daran arbeiten, Dünnschicht-Solarzellen effizienter zu machen. „Voraussetzung dafür sind Messmethoden, mit denen sich die Qualität der verwendeten Halbleiter-Kristalle prüfen und beschreiben lässt“, erläutert Prof. Dr. Carsten Ronning von der Friedrich-Schiller-Universität Jena. Eine solche Methode haben der Direktor des Instituts für Festkörperphysik und seine Kollegen jetzt angewendet und bei der Auswertung neue Zusammenhänge entdeckt. Damit lasse sich die Effizienz von Dünnschicht-Solarzellen aus Kupfer, Indium, Gallium und Selen (CIGS) langfristig verbessern. Ihre Ergebnisse haben die Jenaer Forscher in der aktuellen Ausgabe der renommierten Fachzeitschrift „Physical Review Letters“ veröffentlicht, die jetzt online erschienen ist (http://prl.aps.org/abstract/PRL/v104/i22/e226403).

„Diese Solarzellen basieren, wie eine Vielzahl von elektronischen Bauelementen, auf Halbleitern“, erläutert Dr. Udo Reislöhner. „Deren Leitfähigkeit wird durch ihre Dotierung bestimmt, das heißt durch das Auftreten von Kristalldefekten“, so der Festkörperphysiker aus Ronnings Team weiter. Unter „Defekten“ verstehen die Forscher eingebaute Fremdatome und Unregelmäßigkeiten in der Anordnung der Atome im Kristallgitter. „Solche Kristalldefekte werden dafür verantwortlich gemacht, dass die bisherigen CIGS-Solarzellen ihren maximal möglichen Wirkungsgrad noch nicht erreichen.“

Um die Eigenschaften von Defekten in CIGS-Kristallen und den Grad der Dotierung zu bestimmen, messen die Physiker sehr genau die elektrische Kapazität der fertigen Solarzelle und legen dazu eine Wechselspannung an. Dabei machten sie eine überraschende Entdeckung. „Wir haben festgestellt, dass die Beweglichkeit der Ladungsträger in CIGS-Kristallen stärker als erwartet von der Temperatur abhängt“, erläutert Dr. Reislöhner. Je weiter der CIGS-Halbleiter abgekühlt wird, umso unbeweglicher werden die Ladungsträger. „Sie driften dann nicht mehr frei durch den Kristall, sondern vollführen hüpfende Bewegungen von einem Kristalldefekt zum anderen.“

Dieses Hopping-Conduction („Hüpf-Leitfähigkeit“) genannte Phänomen, so das Ergebnis der Jenaer Untersuchungen, ist auch verantwortlich für eine Anzahl von gemessenen Effekten, die in der Literatur bisher mit Defekten in CIGS-Kristallen in Verbindung gebracht wurden. „So kann die Hopping Conduction z. B. ein Signal erzeugen, das dem echter Kristalldefekte sehr ähnlich ist“, sagt Prof. Ronning. Damit, so der Halbleiter-Experte der Uni Jena, seien viele bisherige Aussagen über die Dotierung und damit über die Qualität von CIGS-Kristallen vermutlich falsch interpretiert worden. Erst mit den jetzt gewonnenen Erkenntnissen sei ein grundlegendes Verständnis der elektrischen Eigenschaften dieser Materialien möglich, ist Dr. Reislöhner überzeugt. „Dies wird die Charakterisierung von CIGS-Dünnschicht-Solarzellen deutlich voran bringen und so einen wichtigen Beitrag zur Verbesserung ihres Wirkungsgrades leisten.“

Originalpublikation:
Reislöhner U, Metzner H, Ronning C. Hopping Conduction Observed in Thermal Admittance Spectroscopy, Phys. Rev. Lett. 104, 226403 (2010)
Kontakt:
Prof. Dr. Carsten Ronning, Dr. Udo Reislöhner
Institut für Festkörperphysik der Friedrich-Schiller-Universität Jena
Helmholtzweg 3
07743 Jena
Tel.: 03641 / 947300, 03641 / 947324
E-Mail: carsten.ronning[at]uni-jena.de, u.reis[at]uni-jena.de

Dr. Ute Schönfelder | idw
Weitere Informationen:
http://prl.aps.org/abstract/PRL/v104/i22/e226403
http://www.uni-jena.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Maschinelles Lernen im Quantenlabor
19.01.2018 | Universität Innsbruck

nachricht Seltsames Verhalten eines Sterns offenbart Schwarzes Loch, das sich in riesigem Sternhaufen verbirgt
17.01.2018 | ESO Science Outreach Network - Haus der Astronomie

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Physik Astronomie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Maschinelles Lernen im Quantenlabor

Auf dem Weg zum intelligenten Labor präsentieren Physiker der Universitäten Innsbruck und Wien ein lernfähiges Programm, das eigenständig Quantenexperimente entwirft. In ersten Versuchen hat das System selbständig experimentelle Techniken (wieder)entdeckt, die heute in modernen quantenoptischen Labors Standard sind. Dies zeigt, dass Maschinen in Zukunft auch eine kreativ unterstützende Rolle in der Forschung einnehmen könnten.

In unseren Taschen stecken Smartphones, auf den Straßen fahren intelligente Autos, Experimente im Forschungslabor aber werden immer noch ausschließlich von...

Im Focus: Artificial agent designs quantum experiments

On the way to an intelligent laboratory, physicists from Innsbruck and Vienna present an artificial agent that autonomously designs quantum experiments. In initial experiments, the system has independently (re)discovered experimental techniques that are nowadays standard in modern quantum optical laboratories. This shows how machines could play a more creative role in research in the future.

We carry smartphones in our pockets, the streets are dotted with semi-autonomous cars, but in the research laboratory experiments are still being designed by...

Im Focus: Fliegen wird smarter – Kommunikationssystem LYRA im Lufthansa FlyingLab

• Prototypen-Test im Lufthansa FlyingLab
• LYRA Connect ist eine von drei ausgewählten Innovationen
• Bessere Kommunikation zwischen Kabinencrew und Passagieren

Die Zukunft des Fliegens beginnt jetzt: Mehrere Monate haben die Finalisten des Mode- und Technologiewettbewerbs „Telekom Fashion Fusion & Lufthansa FlyingLab“...

Im Focus: Ein Atom dünn: Physiker messen erstmals mechanische Eigenschaften zweidimensionaler Materialien

Die dünnsten heute herstellbaren Materialien haben eine Dicke von einem Atom. Sie zeigen völlig neue Eigenschaften und sind zweidimensional – bisher bekannte Materialien sind dreidimensional aufgebaut. Um sie herstellen und handhaben zu können, liegen sie bislang als Film auf dreidimensionalen Materialien auf. Erstmals ist es Physikern der Universität des Saarlandes um Uwe Hartmann jetzt mit Forschern vom Leibniz-Institut für Neue Materialien gelungen, die mechanischen Eigenschaften von freitragenden Membranen atomar dünner Materialien zu charakterisieren. Die Messungen erfolgten mit dem Rastertunnelmikroskop an Graphen. Ihre Ergebnisse veröffentlichen die Forscher im Fachmagazin Nanoscale.

Zweidimensionale Materialien sind erst seit wenigen Jahren bekannt. Die Wissenschaftler André Geim und Konstantin Novoselov erhielten im Jahr 2010 den...

Im Focus: Forscher entschlüsseln zentrales Reaktionsprinzip von Metalloenzymen

Sogenannte vorverspannte Zustände beschleunigen auch photochemische Reaktionen

Was ermöglicht den schnellen Transfer von Elektronen, beispielsweise in der Photosynthese? Ein interdisziplinäres Forscherteam hat die Funktionsweise wichtiger...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Kongress Meditation und Wissenschaft

19.01.2018 | Veranstaltungen

LED Produktentwicklung – Leuchten mit aktuellem Wissen

18.01.2018 | Veranstaltungen

6. Technologie- und Anwendungsdialog am 18. Januar 2018 an der TH Wildau: „Intelligente Logistik“

18.01.2018 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Rittal vereinbart mit dem Betriebsrat von RWG Sozialplan - Zukunftsorientierter Dialog führt zur Einigkeit

19.01.2018 | Unternehmensmeldung

Open Science auf offener See

19.01.2018 | Geowissenschaften

Original bleibt Original - Neues Produktschutzverfahren für KFZ-Kennzeichenschilder

19.01.2018 | Informationstechnologie