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"Selbstheilung" bei einem Material fuer Solarzellen

28.07.1999 - (idw) Weizmann Institut

Contact: Yivsam Azgad, Tel: 972 8 934 3857
email: yivsam@wisemail.weizmann.ac.il


Heilungsvorgaenge sind normalerweise das Privileg von
Lebewesen, doch nun hat ein vom Weizmann Institut
geleitetes Forscherteam entdeckt, dass das Phaenomen auch
in einem Halbleiter auftreten kann. Dieses Ergebnis, das
im Juni auf der Europaeischen Materialforschungskonferenz
in Strassburg vorgestellt wurde und bald in der
Fachzeitschrift "Advanced Materials" veroeffentlicht
wird, koennte helfen, die Technik von Solarzellen und
anderen elektronischen Geraeten zu verbessern.

Solarzellen verwandeln Sonnenlicht in Elektrizitaet und
koennten eine perfekte Loesung zur Nutzung der
Sonnenenergie bieten. Leider sind die dafuer geeigneten
Werkstoffe entweder extrem teuer oder instabil und gegen
Strahlung und andere Umweltfaktoren relativ empfindlich.

Ein Typ experimenteller Halbleiter koennte nun die
Antwort bieten. Kupfer-Indium-Gallium-Diselenid kostet
nicht viel, da nur sehr geringe Mengen davon gebraucht
werden. Es ist ausserdem extrem stabil, eine Eigenschaft,
ueber die sich Wissenschaftler schon eine geraume Zeit
den Kopf zerbrechen, da sie gegen alle Vernunft zu
vestossen scheint: Kupfer-Indium-Gallium-Diselinid ist so
komplex, dass man annehmen sollte, seine Struktur sei
stoeranfaellig. Dennoch bleibt es ueber lange Zeiten
hinweg auch unter harten Bedingungen, wie sie
beispielsweise auf Satelliten herrschen, intakt.

Des Raetsels Loesung fand nun ein internationales Team
unter der Leitung von Prof. David Cahen von der Abteilung
Feststoffe und Oberflaechen am Weizmann Institut, in
Zusammenarbeit mit Dr. Leeor Kronik von der Universitaet
Tel Aviv und Kollegen vom franzoesischen CNRS und der
Universitaet Stuttgart.

Ihre Entdeckung basiert unter anderem auf eine Studie, in
der Kristalle eines verwandten Materials,
Kupfer-Indium-Diselinid, mit Hochenergie-Roentgenstrahlen
untersucht wurden. In der Studie, die von Cahen und
anderen Kollegen an der Europaeischen
Synchrotron-Forschungseinrichtung in Grenoble
durchgefuehrt wurde, konnte gezeigt werden, dass in
einigen Faellen die Bindungen zwischen bestimmten Atomen
von Kupfer-Indium-Diselinid relativ leicht unterbrochen
werden koennen.

Cahens Gruppe wies ausserdem nach, dass sich Kupferatome
innerhalb dieser Halbleiterkristalle bewegen koennen -
ein Ergebnis, das ueberraschte. Diese Art von Bewegung
ist in festen, nicht-lebenden Stoffen, selten. Extrem
ungewoehnlich ist sie jedoch in Materialien, die in der
Elektronik verwendet werden, wo die Mobilitaet von Atomen
sozusagen verpoent ist. Mobilitaet dieser Art hatte man
innerhalb eines Halbleiters, der fuer seine Stabilitaet
bekannt ist, wirklich nicht erwartet.

Ein weiteres, noch ungewoehnlicheres Ergebnis war die
Erklaerung fuer die wunderliche Stabilitaet des
Materials. Sobald einige atomare Bindungen zerstoert
sind, wandern Kupferatome, die sich innerhalb des
Kristalls bewegen koennen, umher, bis sie die
beschaedigte Stelle finden und den Schaden reparieren.
Diese "Selbstheilung" ruehrt von der Neigung des
Materials her, in einem Gleichgewicht zu bleiben.

"Nun verstehen wir, wie Solarzellen aus
Kupfer-Indium-Gallium-Diselenid auch in unwirtlicher
Umgebung, wie sie auf Satelliten herrscht, ueberleben und
funktionieren koennen: Bei Schaedigung durch Strahlung
zum Beispiel "heilt" das Material schlicht von selbst und

stellt seine vorherige Leistungsfaehigkeit wieder her",
sagt Cahen.

Die Untersuchung koennte zu einem staerkeren Einsatz von
Solarzellen mit Kupfer-Indium-Gallium-Diselenid fuehren
und helfen, andere, sich selbst stabilisierende
Werkstoffe zu erfinden.

Unterstuetzung fuer diese Studie kam vom Deutschen
Bundesministerium fuer Bildung, Wissenschaft, Forschung
und Technologie (BMBF) und dem Israelischen
Wissenschaftsministerium, sowie von der
Deutsch-Israelischen Stiftung fuer Wissenschaftliche
Forschung und Entwicklung, der Israel Science Foundation
und der Minerva Stiftung.
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