Microvoids tragen höchstwahrscheinlich zur lichtinduzierten Degradation von Dünnschicht-Solarzellen aus amorphem Silizium bei
Da die entstehenden Defekte paramagnetische Eigenschaften haben, hinterlassen sie einen charakteristischen magnetischen Fingerabdruck – abhängig von der mikroskopischen Umgebung. Die Berliner Forscher konnten ihn mithilfe von Elektronen-Paramagnetischer-Resonanz (EPR) -Spektroskopie und Elektronen-Spin-Echo (ESE)-Experimenten identifizieren. Mit diesen sehr empfindlichen Methoden gelang es ihnen nachzuweisen, dass Defekte im amorphem Silizium in zwei Gruppen vorkommen: zum einen gleichmäßig verteilt und zum anderen angehäuft an Oberflächen von winzigen Hohlräumen – im Fachjargon: Microvoids. Diese bilden sich während der Herstellung der Solarzellen in dem Werkstoff. „Wir vermuten, dass sich Cluster aus mehreren Defekten an den Innenwänden dieser Hohlräume anlagern, die nur rund ein bis zwei Nanometer Durchmesser haben“, erklärt HZB-Physiker Fehr.
„Unsere Ergebnisse legen nahe, dass Microvoids höchstwahrscheinlich zur lichtinduzierten Degradation von Dünnschicht-Solarzellen aus amorphem Silizium beitragen“, resümiert Fehr, der 2013 als Feodor Lynen-Stipendiat der Alexander von Humboldt-Stiftung ein Auslandsjahr in den USA verbrachte. „Damit sind wir der mikroskopischen Ursache der lichtinduzierten Degradation wesentlich näher gekommen.“ In neuen Experimenten wollen die Berliner Forscher nun weitere Details der atomaren und elektronischen Vorgänge bei dem nach seinen beiden Entdeckern benannten Staebler-Wronski-Effekt enthüllen.
Die Arbeit wurde erstellt innerhalb des vom Bundesministerium für Bildung und Forschung geförderten Netzwerks EPR-Solar sowie des Berlin Joint EPR Labs des HZB und der FUB. „Es ist zugleich eines der großen Projekte einer neuen Forschungsabteilung am HZB, die sich derzeit in Gründung befindet und deren Ziel eine fundamentale physikalische Charakterisierung von Energiematerialien ist und so entscheidend zur Energiewende beiträgt“ berichtet Projektleiter Prof. Dr. Klaus Lips.
->Quelle(n): prl.aps.org; helmholtz-berlin.de
M. Fehr1,*, A. Schnegg1,†, B. Rech1, O. Astakhov2, F. Finger2, R. Bittl3, C. Teutloff3, and K. Lips1
1Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie, Institut für Silizium-Photovoltaik, Kekuléstr. 5, 12489 Berlin, Germany
2Forschungszentrum Jülich, Institut für Energie- und Klimaforschung, Photovoltaik, 52425 Jülich, Germany
3Freie Universität Berlin, Fachbereich Physik, Arnimallee 14, 14195 Berlin, Germany
*Present address: Department of Chemistry and Biochemistry, University of California, Santa Barbara, California 93106, USA.
†alexander.schnegg@helmholtz-berlin.de