Nanokristall-Solarzellen besser verstehen: Zellen der nächsten Generation
Mitglieder der ETH Zürich entwickelten eine umfassende Theorie dafür, wie die Elektronen im Innern von neuartigen Solarzellen aus winzigen Kristallen fließen. Die Theorie dient dem besseren Verständnis solcher Zellen und könnte helfen, ihren Wirkungsgrad zu erhöhen. Das teilt die ETH Zürich mit.
Für die nächste Solarzellen-Generation stehen bei Wissenschaftlern wenige Nanometer kleine Kristalle hoch im Kurs. Aus solchen Nanokristallen aufgebaute Halbleiter haben vorzügliche optische Eigenschaften; sie nutzen im Vergleich zu heutigen Solarzellen aus Silizium einen viel größeren Anteil des Sonnenlicht-Spektrums. Allerdings gibt es Hürden bei ihrer Entwicklung: „Nanokristall-Solarzellen bestehen aus einer Vielzahl unabhängiger Kristalle verbunden mit einem molekularen Bindemittel. Und innerhalb dieses Kompositmaterials fließen die Elektronen noch nicht so gut, wie das für eine kommerzielle Anwendung nötig wäre“, sagt Vanessa Wood, Professorin für Materialien und Komponenten an der ETH Zürich. Bis jetzt sei die Physik des Ladungstransportes in Nanokristall-Kompositen noch nicht komplett verstanden, weshalb die systematische Weiterentwicklung von Nanokristall-Kompositen schwierig war.
Wood und ihre Kollegen untersuchten in einer Studie Nanokristall-Solarzellen, die sie in ihrem Labor an der ETH Zürich selbst herstellen, und sie beschrieben den Elektronenfluss in solchen Zellen erstmals in einem allgemein gültigen physikalischen Modell. „Unser Modell berücksichtigt die Auswirkung einer Änderung der Kristallgröße, des Kristallmaterials oder des molekularen Bindemittels auf den Ladungstransport“, so Wood. So wird das Modell künftig allen Wissenschaftlern des Forschungsfeldes erlauben, die physikalischen Vorgänge innerhalb von Nanokristall-Solarzellen besser zu verstehen und die Solarzellen weiter zu optimieren.
[note Von ETH-Forschenden hergestellter Solarzellen-Chip auf der Grundlage von Nanokristallen – Foto © Deniz Bozyigit/ETH Zürich]