Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Rückwärtsstrom wirft neues Licht auf Solarzellen

03.02.2009
Der elektrische Durchbruch von Solarzellen ist nicht auf die Oberflächenpräparation zurückzuführen. Das zeigten jetzt Physiker der Universität Leipzig und der Firma Q-Cells SE aus Bitterfeld-Wolfen.

Mit einer neuartigen Methode gelang die Abbildung der Phänomene mit bisher unerreichter Ortsauflösung. Die Ergebnisse sind in physica status solidi in einem Rapid Research Letter veröffentlicht.

Was Licht absorbiert, kann auch leuchten. Diese Regel ist jedem Studenten der Thermodynamik bekannt. Die Photovoltaik nutzt dieses Prinzip, indem Sonnenlicht absorbiert und in elektrische Energie umgesetzt wird. Genutzt werden dazu sogenannte Solarzellen, an denen eine Photospannung entsteht, so dass der fließende Photostrom Arbeit leisten kann. Diese Betriebsart heißt "Vorwärtsrichtung".

Wird nun von außen in Vorwärtsrichtung eine Spannung an die Solarzelle angelegt, leuchtet die Solarzelle (im unsichtbaren infraroten Spektralbereich) entsprechend dem Prinzip einer Leuchtdiode. Defekte im Material werden als dunkle Bereiche direkt sichtbar, da an ihnen die Lichtausbeute geringer ist als in den defektfreien Gebieten. In diesen Bereichen kann die Solarzelle unter Beleuchtung auch keinen Photostrom und damit elektrische Leistung erzeugen.

Was passiert bei Rückwärtsrichtung?

Mit dieser Frage setzte sich Dominik Lausch von der Abteilung Halbleiterphysik des Instituts für Experimentelle Physik II, auseinander. Er beschäftigte sich in seiner Diplomarbeit mit Solarzellen, an die er eine Spannung mit entgegen gesetztem Vorzeichen anlegte, also in der sogenannten Rückwärtsrichtung. Auch hier zeigt die Solarzelle charakteristische Leuchterscheinungen, nun aber ausschließlich an den Defekten, insbesondere an den im untersuchten multi-kristallinen Material enthaltenen Korngrenzen.

Es entsteht ein sehr scharfes Bild der Lumineszenz, eine optische Strahlung durch den Übergang von Elektronen zu einem niederenergetischem Ausgangszustand. "Das ermöglicht die Lokalisierung und Identifizierung von Defekten mit vorher nicht bekannter und erreichter räumlicher Auflösung" sagt Prof. Marius Grundmann, Direktor des Institutes und Leiter der Abteilung Halbleiterphysik, der zugleich gemeinsam mit Dr. Kai Petter von Q-Cells SE Betreuer der Arbeit ist.

Die von den Forschern etablierte Methode heißt ReBEL und steht für "Reverse Bias Electroluminescence" (Elektrolumineszenz unter Rückwärtsspannung). "Die Forschungsergebnisse befördern die Photovoltaik als nachhaltige und umweltgerechte Technologie", freut sich Dr. Petter. "Unsere Firma, deren Kerngeschäft die Entwicklung, Herstellung und Vermarktung von leistungsfähigen Solarzellen aus mono- und multikristallinem Silizium ist, wird davon profitieren."

Wo Licht ist, ist auch Schatten

Neben dieser neuen Analysemethode für komplette Solarzellen ist die Analyse des Rückwärtsbereichs von Solarzellen auch technologisch von herausragender Bedeutung. Im Normalbetrieb arbeitet die Solarzelle im Vorwärtsbetrieb. Fällt jedoch auf ein Solarmodul ein Schatten, z.B. durch herabgefallenes Laub oder Verschattung durch einen Baum, sind die im Schattenbereich befindlichen Solarzellen auf einmal unter Rückwärtsspannung.

Halten sie dies nicht aus, fließt ein großer Strom durch den Effekt des elektrischen "Durchbruchs". Hier werden typischer Weise Ladungsträger in einem starken elektrischen Feld beschleunigt, das in der Diode innerhalb der Solarzelle entsteht. Das erzeugt neue Ladungsträgerpaare und kann so zu einem hohen, schlimmstenfalls unkontrollierbaren Strom führen, der die Solarzelle und das gesamte Modul zerstören kann.

Die Forscher haben nun herausgefunden, dass dieser Durchbruchstrom nur an bestimmten Defekten und sehr lokal auftritt. Zudem hängt sein prinzipielles Auftreten nicht von der Oberflächenpräparation der Solarzelle mit saurer oder alkalischer Behandlung ab mit der die Lichteinkopplung in die Solarzelle verbessert wird (Antireflektionsschicht).

Die Ergebnisse sind in physica status solidi in einem Rapid Research Letter veröffentlicht. (Dominik Lausch, Kai Petter, Holger von Wenckstern, Marius Grundmann, Correlation of pre-breakdown sites and bulk defects in multicrystalline silicon solar cells, Phys. Status Solidi RRL 3, pp. 70-72 (2009))

weitere Informationen:

Prof. Dr. Marius Grundmann
Telefon: 0341 97-32650
E-Mail: grundmann@physik.uni-leipzig.de

Dr. Bärbel Adams | idw
Weitere Informationen:
http://www.uni-leipzig.de/~hlp

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht ESO-Beobachtungen zeigen, dass der erste interstellare Asteroid mit nichts vergleichbar ist, was wir bisher kennen
21.11.2017 | ESO Science Outreach Network - Haus der Astronomie

nachricht Von Hannover auf Weltreise und zum Mars: LZH liefert Laser für ExoMars 2020 aus
21.11.2017 | Laser Zentrum Hannover 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: Kleine Strukturen – große Wirkung

Innovative Schutzschicht für geringen Verbrauch künftiger Rolls-Royce Flugtriebwerke entwickelt

Gemeinsam mit Rolls-Royce Deutschland hat das Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS im Rahmen von zwei Vorhaben aus dem...

Im Focus: Nanoparticles help with malaria diagnosis – new rapid test in development

The WHO reports an estimated 429,000 malaria deaths each year. The disease mostly affects tropical and subtropical regions and in particular the African continent. The Fraunhofer Institute for Silicate Research ISC teamed up with the Fraunhofer Institute for Molecular Biology and Applied Ecology IME and the Institute of Tropical Medicine at the University of Tübingen for a new test method to detect malaria parasites in blood. The idea of the research project “NanoFRET” is to develop a highly sensitive and reliable rapid diagnostic test so that patient treatment can begin as early as possible.

Malaria is caused by parasites transmitted by mosquito bite. The most dangerous form of malaria is malaria tropica. Left untreated, it is fatal in most cases....

Im Focus: Transparente Beschichtung für Alltagsanwendungen

Sport- und Outdoorbekleidung, die Wasser und Schmutz abweist, oder Windschutzscheiben, an denen kein Wasser kondensiert – viele alltägliche Produkte können von stark wasserabweisenden Beschichtungen profitieren. Am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) haben Forscher um Dr. Bastian E. Rapp einen Werkstoff für solche Beschichtungen entwickelt, der sowohl transparent als auch abriebfest ist: „Fluoropor“, einen fluorierten Polymerschaum mit durchgehender Nano-/Mikrostruktur. Sie stellen ihn in Nature Scientific Reports vor. (DOI: 10.1038/s41598-017-15287-8)

In der Natur ist das Phänomen vor allem bei Lotuspflanzen bekannt: Wassertropfen perlen von der Blattoberfläche einfach ab. Diesen Lotuseffekt ahmen...

Im Focus: Ultrakalte chemische Prozesse: Physikern gelingt beispiellose Vermessung auf Quantenniveau

Wissenschaftler um den Ulmer Physikprofessor Johannes Hecker Denschlag haben chemische Prozesse mit einer beispiellosen Auflösung auf Quantenniveau vermessen. Bei ihrer wissenschaftlichen Arbeit kombinierten die Forscher Theorie und Experiment und können so erstmals die Produktzustandsverteilung über alle Quantenzustände hinweg - unmittelbar nach der Molekülbildung - nachvollziehen. Die Forscher haben ihre Erkenntnisse in der renommierten Fachzeitschrift "Science" publiziert. Durch die Ergebnisse wird ein tieferes Verständnis zunehmend komplexer chemischer Reaktionen möglich, das zukünftig genutzt werden kann, um Reaktionsprozesse auf Quantenniveau zu steuern.

Einer deutsch-amerikanischen Forschergruppe ist es gelungen, chemische Prozesse mit einer nie dagewesenen Auflösung auf Quantenniveau zu vermessen. Dadurch...

Im Focus: Leoniden 2017: Sternschnuppen im Anflug?

Gemeinsame Pressemitteilung der Vereinigung der Sternfreunde und des Hauses der Astronomie in Heidelberg

Die Sternschnuppen der Leoniden sind in diesem Jahr gut zu beobachten, da kein Mondlicht stört. Experten sagen für die Nächte vom 16. auf den 17. und vom 17....

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Tagung widmet sich dem Thema Autonomes Fahren

21.11.2017 | Veranstaltungen

Neues Elektro-Forschungsfahrzeug am Institut für Mikroelektronische Systeme

21.11.2017 | Veranstaltungen

Raumfahrtkolloquium: Technologien für die Raumfahrt von morgen

21.11.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Neue Gene für das Risiko von allergischen Erkrankungen entdeckt

21.11.2017 | Studien Analysen

Wafer zu Chip: Röntgenblick für weniger Ausschuss

21.11.2017 | Informationstechnologie

Nanopartikel helfen bei Malariadiagnose – neuer Schnelltest in der Entwicklung

21.11.2017 | Biowissenschaften Chemie