Licht-induzierte Alterung von Dünnschicht-Solarzellen aus amorphem Silizium: neue Erkenntnisse zur mikroskopischen Ursache
Forscher am Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) gelang ein entscheidender Schritt, um einem seit 40 Jahren unverstandenen störenden Effekt in Dünnschicht-Solarzellen aus amorphem Silizium auf die Spur zu kommen. Demnach tragen winzige Hohlräume im Silizium maßgeblich dazu bei, dass sich die Effizienz der Solarzellen zu Beginn der Nutzung um etwa 10 bis 15 Prozent verschlechtert. Die Arbeit ist jetzt in der Zeitschrift Physical Review Letters veröffentlicht worden.
Dünnschicht-Solarzellen aus amorphem Silizium gelten als aussichtsreichste Alternative zu den bisher bei der Stromerzeugung aus Sonnenlicht dominierenden Zellen auf der Basis hochreiner Silizium-Wafer. Ein Vorteil der amorphen Silizium-Dünnschicht-Photovoltaik, bei der das lichtaktive Material in einer weniger als ein tausendstel Millimeter dünnen Schicht auf ein Glassubstrat aufgetragen wird: Die Herstellung der Zellen ist wesentlich einfacher und kostengünstiger als die konventioneller kristalliner Silizium-Solarzellen.
Geringerer Wirkungsgrad
Von Nachteil ist dagegen der geringere Wirkungsgrad: Bedingt durch die Unordnung im amorphen Silizium, leiden die Solarzellen unter dem sogenannten Staebler-Wronski-Effekt. Er bewirkt, dass das Sonnenlicht die Effizienz der Zellen in den ersten 1000 Stunden bis zu 15 Prozent schwinden lässt. Auslöser für diesen unerwünschten Effekt ist die interne Vernichtung – die Physiker sprechen von Rekombination – von nicht abgeflossener Ladung. Die dabei freiwerdende Energie bildet Defekte im amorphen Netzwerk. Einen vergleichbaren Effekt gibt es in kristallinen Wafer-Solarzellen daher nicht. „Wo die Defekte im Material genau erzeugt werden und ob Nano-Hohlräume hierbei eine Rolle spielen, war bislang jedoch ungeklärt“, sagt Matthias Fehr vom Institut für Silizium-Photovoltaik des Helmholtz-Zentrums Berlin. Gemeinsam mit Institutskollegen sowie Wissenschaftlern des Forschungszentrums Jülich und der Freien Universität Berlin gelang es ihm nun, der Lösung dieses Rätsels einen bedeutenden Schritt näher zu kommen.
Folgt: Die Lösung: Microvoids