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 Waschen für die Mikrowelt – Potsdamer Physiker entwickeln lichtempfindliche Seife
02.12.2016 | Universität Potsdam

nachricht Quantenreibung: Jenseits der Näherung des lokalen Gleichgewichts
01.12.2016 | Forschungsverbund Berlin e.V.

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: Greifswalder Forscher dringen mit superauflösendem Mikroskop in zellulären Mikrokosmos ein

Das Institut für Anatomie und Zellbiologie weiht am Montag, 05.12.2016, mit einem wissenschaftlichen Symposium das erste Superresolution-Mikroskop in Greifswald ein. Das Forschungsmikroskop wurde von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) und dem Land Mecklenburg-Vorpommern finanziert. Nun können die Greifswalder Wissenschaftler Strukturen bis zu einer Größe von einigen Millionstel Millimetern mittels Laserlicht sichtbar machen.

Weit über hundert Jahre lang galt die von Ernst Abbe 1873 publizierte Theorie zur Auflösungsgrenze von Lichtmikroskopen als ein in Stein gemeißeltes Gesetz....

Im Focus: Durchbruch in der Diabetesforschung: Pankreaszellen produzieren Insulin durch Malariamedikament

Artemisinine, eine zugelassene Wirkstoffgruppe gegen Malaria, wandelt Glukagon-produzierende Alpha-Zellen der Bauchspeicheldrüse (Pankreas) in insulinproduzierende Zellen um – genau die Zellen, die bei Typ-1-Diabetes geschädigt sind. Das haben Forscher des CeMM Forschungszentrum für Molekulare Medizin der Österreichischen Akademie der Wissenschaften im Rahmen einer internationalen Zusammenarbeit mit modernsten Einzelzell-Analysen herausgefunden. Ihre bahnbrechenden Ergebnisse werden in Cell publiziert und liefern eine vielversprechende Grundlage für neue Therapien gegen Typ-1 Diabetes.

Seit einigen Jahren hatten sich Forscher an diesem Kunstgriff versucht, der eine simple und elegante Heilung des Typ-1 Diabetes versprach: Die vom eigenen...

Im Focus: Makromoleküle: Mit Licht zu Präzisionspolymeren

Chemikern am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) ist es gelungen, den Aufbau von Präzisionspolymeren durch lichtgetriebene chemische Reaktionen gezielt zu steuern. Das Verfahren ermöglicht die genaue, geplante Platzierung der Kettengliedern, den Monomeren, entlang von Polymerketten einheitlicher Länge. Die präzise aufgebauten Makromoleküle bilden festgelegte Eigenschaften aus und eignen sich möglicherweise als Informationsspeicher oder synthetische Biomoleküle. Über die neuartige Synthesereaktion berichten die Wissenschaftler nun in der Open Access Publikation Nature Communications. (DOI: 10.1038/NCOMMS13672)

Chemische Reaktionen lassen sich durch Einwirken von Licht bei Zimmertemperatur auslösen. Die Forscher am KIT nutzen diesen Effekt, um unter Licht die...

Im Focus: Neuer Sensor: Was im Inneren von Schneelawinen vor sich geht

Ein neuer Radarsensor erlaubt Einblicke in die inneren Vorgänge von Schneelawinen. Entwickelt haben ihn Ingenieure der Ruhr-Universität Bochum (RUB) um Dr. Christoph Baer und Timo Jaeschke gemeinsam mit Kollegen aus Innsbruck und Davos. Das Messsystem ist bereits an einem Testhang im Wallis installiert, wo das Schweizer Institut für Schnee- und Lawinenforschung im Winter 2016/17 Messungen damit durchführen möchte.

Die erhobenen Daten sollen in Simulationen einfließen, die das komplexe Geschehen im Inneren von Lawinen detailliert nachbilden. „Was genau passiert, wenn sich...

Im Focus: Neuer Rekord an BESSY II: 10 Millionen Ionen erstmals bis auf 7,4 Kelvin gekühlt

Magnetische Grundzustände von Nickel2-Ionen spektroskopisch ermittelt

Ein internationales Team aus Deutschland, Schweden und Japan hat einen neuen Temperaturrekord für sogenannte Quadrupol-Ionenfallen erreicht, in denen...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Von „Coopetition“ bis „Digitale Union“ – Die Fertigungsindustrien im digitalen Wandel

02.12.2016 | Veranstaltungen

Experten diskutieren Perspektiven schrumpfender Regionen

01.12.2016 | Veranstaltungen

Die Perspektiven der Genom-Editierung in der Landwirtschaft

01.12.2016 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Parkinson-Krankheit und Dystonien: DFG-Forschergruppe eingerichtet

02.12.2016 | Förderungen Preise

Smart Data Transformation – Surfing the Big Wave

02.12.2016 | Studien Analysen

Nach der Befruchtung übernimmt die Eizelle die Führungsrolle

02.12.2016 | Biowissenschaften Chemie