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Auf der Suche nach den Solarzellen der nächsten Generation

17.10.2008 - (idw) Friedrich-Schiller-Universität Jena

Mathias Hädrich von der Universität Jena erhält auf internationaler Physikertagung einen Preis für das beste Poster Jena (17.10.08) Der Physiker Mathias Hädrich von der Friedrich-Schiller-Universität Jena hat auf der diesjährigen internationalen Physik-Konferenz ICTMC 16 in Berlin einen der Preise für das beste Poster errungen. "Die Auszeichnung hat mich ziemlich überrascht", sagt Mathias Hädrich, der sich über eine Urkunde und ein kleines Preisgeld freuen konnte. Immerhin hatte sich der Jenaer Wissenschaftler gegen etwa 250 Konkurrenten behauptet, die sich um einen von drei Preisen beworben hatten.

Im Mittelpunkt der Konferenz, die vom Hahn-Meitner-Institut in Berlin ausgerichtet worden ist, standen Arbeiten zur Untersuchung der physikalischen Eigenschaften von chemischen Verbindungen aus drei oder mehr Elementen, sogenannten ternären und multinären Stoffen. Die Ergebnisse, die auf Hädrichs Poster präsentiert wurden, zeigen die Bildung einer ternären Verbindung zwischen zwei Schichten, die jeweils nur aus zwei Elementen bestehen.

Der 28-jährige Doktorand erforscht in der Arbeitsgruppe von PD. Dr. Heiner Metzner-Fraune am Uni-Institut für Festkörperphysik sogenannte Dünnschichtsolarzellen, um deren Wirkungsgrad zu erhöhen. Diese Dünnschichtsolarzellen werden als hauchdünne Filme auf Glas aufgebracht. Hädrich und seine Kollegen verwenden Kadmium-Tellurid und Kadmium-Sulfid als Ausgangsstoffe für die Solarzellen. "Beim Aufdampfen auf das Glas und bei der nachfolgenden thermo-chemischen Behandlung der Schichten vermischen sich die Elemente, was zu veränderten Eigenschaften führt", sagt Hädrich. Diese - eigentlich ungewollte - Vermischung lasse sich nicht vermeiden.

Mit Hilfe optischer und opto-elektronischer Methoden hat Mathias Hädrich untersucht, wie sich durch die Vermischung der Elemente das Absorptionsverhalten und die Ladungsträgererzeugung in der Solarzelle verändern. Denn je nach Zusammensetzung der Photovoltaik-Schichten werden unterschiedliche Bereiche im Spektrum des Sonnenlichts absorbiert. Hädrichs Forschungsergebnisse sind auf dem Poster dokumentiert.

"Wir konnten feststellen, wie dick die Schicht ist, in der die Durchmischung passiert", sagt der Physiker von der Universität Jena. Es handele sich dabei um eine Schicht von einigen hundert Nanometern - ein Nanometer entspricht etwa dem 20.000. Teil des Durchmessers eines menschlichen Haares. Mit dem Wissen um diese Schicht lassen sich die Eigenschaften von Solarzellen gezielt verändern. Ein weiteres Ziel ist es, Fremdatome "wohldosiert" einzubringen, um so die Leitfähigkeit der Solarschichten zu erhöhen.

Erste Ergebnisse des Jenaer Labors können sich sehen lassen: Der erreichte Wirkungsgrad liegt bei über zehn Prozent und ist damit höher als der von typischen Kadmium-Tellurid-Solarzellen aus industrieller Fertigung. Gegenüber diesen wurde im Labor in Jena außerdem die Schichtdicke erheblich reduziert. Das verspricht einerseits eine Verringerung der Kosten und der Produktionszeit. Andererseits bilden diese besonders dünnen Schichten den Ausgangspunkt für Solarzellen der dritten Generation, an denen die Jenaer Wissenschaftler arbeiten. Dabei sollen Solarzellen mit besonders hohen Wirkungsgraden durch das sogenannte Tandemkonzept erreicht werden, wobei mehrere Schichten unterschiedlicher Zusammensetzung einen noch größeren Teil des Sonnenlichts nutzen können.
Weitere Informationen: http://www.uni-jena.de
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