Preis und Preis gesellt sich gern: Simon Kirner und Christiane Stephan mit Posterpreisen auf der E-MRS ausgezeichnet
Die Postersessions waren ein wichtiger Bestandteil
der Symposien auf dem E-MRS Spring Meeting 2012
© EMRS
Auf der renommierten Frühjahrskonferenz der Europäischen Materialforschungsgesellschaft (E-MRS) wurden im Mai gleich zwei HZB-Nachwuchswissenschaftler für ihre Posterbeiträge ausgezeichnet. Beide Forscher beschäftigten sich mit verschiedenen Aspekten von Dünnschichtsolarzellen. Simon Kirner, Doktorand am PVcomB, zeigte in seinem Poster, wie man Tandemsolarzellen aus amorphen und kristallen Silizium mithilfe einer Zwischenschicht aus Silizium-Oxid optimieren kann. Dr. Christiane Stephan aus der Abteilung Kristallographie untersuchte Defekte in der Kristallstruktur von Cu(In,Ga)Se2, dem Absorbermaterial in hocheffizienten Chalkopyrit-Dünnschichtsolarzellen. An dem E-MRS Spring Meeting in Straßburg, die mit großer Industriebeteiligung organisiert wurde, nahmen etwa 2500 Teilnehmer teil; für die wissenschaftlichen Diskussionen gab es 25 Symposien zu verschiedenen Themenbereichen.
Tandemsolarzellen aus Dünnschicht-Silizium optimieren
Tandemzellen bestehen aus zwei Solarzellen, die miteinander verbunden sind: aus der Top-Zelle und der Bottom-Zelle. Diese Zellen bestehen aus unterschiedlichen Materialien. Der bestechende Vorteil von diesen „gestapelten“ Solarzellen: jede Solarzelle kann verschiedene Lichtbereiche einfangen, so dass die Tandemzelle insgesamt mehr Licht in Strom umwandeln kann. Simon Kirner untersucht Tandemsolarzellen aus amorphem Silizium (Top-Zelle) und mikrokristallinem Silizium (Bottom-Zelle) Ein limitierender Faktor dieser Solarzellen ist, dass die Topzelle zu wenig Strom einfangen kann. Die Schichtdicke kann allerdings nicht beliebig erhöht werden, da dies eine erhöhte Alterung der Topzelle verursachen würde. Simon Kirner hat deshalb den Einsatz einer reflektierenden Zwischenschicht aus mikrokristallinem Siliziumoxid (Intermediate Reflector) untersucht, um diese Solarzellen zu optimieren. Die aus dem Einbau des Intermediate Reflector resultierenden schlechteren elektrischen Eigenschaften der Tandemzelle konnten durch den Einsatz einer Rekombinationsschicht aus mikrokristallinem Silizium vollständig kompensiert werden. Doch dieser Effekt ist bisher nur teilweise verstanden. Simon Kirner will nun herausfinden, woran das liegt.
Mit Neutronen und Röntgenlicht Defekte in Chalkopyrit-Dünnschichtsolarzellen entdecken
Christiane Stephan hat einen anderen Arbeitsschwerpunkt: Sie beschäftigt sich mit hocheffizienten Chalkopyrit-Dünnschichtsolarzellen mit CuInSe2, CuGaSe2 oder Cu(In,Ga)Se2 als Absorberschicht. Grundsätzlich zeichnen sich diese Verbindungshalbleiter durch eine nicht-stöchiometrische Zusammensetzung auf, das heißt sie sind Kupfer-arm und Indium-reich. Aufgrund dieser Stöchiometrieabweichungen entstehen in der Kristallstruktur Defekte (sog. Punktdefekte), die dann in der fertigen Solarzelle Ladungsträger einfangen und somit den Stromfluss verringern können. Andererseits bewirkt diese Stöchiometrieabweichung, dass die Kristallstruktur zunächst über einen gewissen Zusammensetzungsbereich stabil ist, bevor sich eine andere Phase (Verbindung) bildet. Um zu beobachten, wie sich die Kristallstruktur des Absorbermaterials in den Dünnschicht-Solarzellen mit der Zusammensetzung ändert, reichten Christiane Stephan optische und elektrische Analysemethoden allein nicht aus. Sie nutzte Neutronen und Synchrotronstrahlung, um die atomare Struktur der Verbindungshalbleiter zu analysieren. Durch die Methoden der Neutronenbeugung mit anschließender Rietveld-Verfeinerung in Kombination mit der anormalen Röntgenbeugung am Synchrotron konnte sie in Pulverproben mit einer definierten Zusammensetzung die Punktdefekte qualitativ und quantitativ bestimmen. Ein zentrales Ergebnis ist, dass sich die Verbindungen CuInSe2, CuGaSe2 und Cu(In,Ga)Se2 im kupferarmen Zusammensetzungsbereich bezüglich ihrer Punktdefekte deutlich unterscheiden. Mit dieser systematischen Untersuchung der Kristallstruktur auf atomarer Ebene können Forscher nun wichtige Rückschlüsse ziehen, um die bestehenden Defektmodelle weiter zu verfeinern.
Sie können die Poster hier anschauen:
- Neues Instrument bei BESSY II: Die OÆSE-Endstation in EMILAn BESSY II steht nun ein neues Instrument zur Untersuchung von Katalysatormaterialien, Batterieelektroden und anderen Energiesystemen zur Verfügung: die Operando Absorption and Emission Spectroscopy on EMIL (OÆSE) Endstation im Energy Materials In-situ Laboratory Berlin (EMIL). Ein Team um Raul Garcia-Diez und Marcus Bär hat die Leistungsfähigkeit des Instruments an elektrochemisch abgeschiedenem Kupfer demonstriert.
- Solarzellen auf Mondglas für eine zukünftige Basis auf dem MondZukünftige Mondsiedlungen werden Energie benötigen, die Photovoltaik liefern könnte. Material in den Weltraum zu bringen, ist jedoch teuer – ein Kilogramm zum Mond zu transportieren, kostet eine Million Euro. Doch auch auf dem Mond gibt es Ressourcen, die sich nutzen lassen. Ein Forschungsteam um Dr. Felix Lang, Universität Potsdam, und Dr. Stefan Linke, Technische Universität Berlin, haben nun das benötigte Glas aus „Mondstaub“ (Regolith) hergestellt und mit Perowskit beschichtet. Damit ließe sich bis zu 99 Prozent des Gewichts einsparen, um auf dem Mond PV-Module zu produzieren. Die Strahlenhärte konnte das Team am Protonenbeschleuniger des HZB getestet.
- Optische Innovationen für Solarmodule – Was bringt den Ausbau am meisten voran?Im Jahr 2023 erzeugten Photovoltaikanlagen weltweit mehr als 5% der elektrischen Energie und die installierte Leistung verdoppelt sich alle zwei bis drei Jahre. Optische Technologien können die Effizienz von Solarmodulen weiter steigern und neue Einsatzbereiche erschließen, etwa in Form von ästhetisch ansprechenden, farbigen Solarmodulen für Fassaden. Nun geben 27 Fachleute einen umfassenden Überblick über den Stand der Forschung und eine Einschätzung, welche Innovationen besonders zielführend sind. Der Bericht, der auch für Entscheidungsträger*innen in der Forschungsförderung interessant ist, wurde von Prof. Christiane Becker und Dr. Klaus Jäger aus dem HZB koordiniert.