Der Blätterkatalog benötigt Javascript.
Bitte aktivieren Sie Javascript in Ihren Browser-Einstellungen.
The Blätterkatalog requires Javascript.
Please activate Javascript in your browser settings.
10 Elektronik 17 2024 Impulse Photovoltaik-Forschung Kleine Schritte für Elektronen – große Schritte für Solarzellen? Physikern der Universität Regensburg und der Universität Oxford haben mit einem ultraschnellen Mikroskop enthüllt wie sich Elektronen in einem neuartigen Solarzellenmaterial bewegen Die Ergebnisse liefern Einsichten wie das Material noch effizienter für Photovoltaik genutzt werden kann Von Kathrin Veigel Auf dem Weg zu effizienteren und nachhaltigeren Methoden der Energiegewinnung ist die Materialklasse der Metall-Halogenid-Perowskite ein vielversprechender Hoffnungsträger Neuartige Solarzellen auf Basis dieses Materials erreichten bereits innerhalb kürzester Zeit nach ihrer Entdeckung Effizienzwerte die mit kommerziellen Silizium-Solarzellen vergleichbar sind Darüber hinaus haben Perowskit-Solarzellen noch weitere Vorteile Die Herstellungsund Energiekosten sind verglichen mit der etablierten Silizium-Technologie gering da sie durch kostengünstige Beschichtungsverfahren produziert werden können Außerdem sind die Newcomer in der Photovoltaik flexibel und leicht was ihren Einsatz auf verschiedensten Oberflächen ermöglicht – von tragbarer Elektronik bis hin zu innovativen Gebäudefassaden Doch wie funktioniert so eine Solarzelle eigentlich? Das Sonnenlicht welches aus einzelnen Lichtquanten – Photonen – besteht wird in der Solarzelle absorbiert Dabei geben die Photonen ihre Energie an Elektronen ab welche dadurch auf höherenergetische Bahnen gehoben werden wo sie sich freier bewegen können Diese werden an geeigneten elektrischen Kontakten extrahiert und so in nutzbare elektrische Energie umgewandelt Die Effizienz einer Solarzelle hängt dabei entscheidend davon ab wie leicht sich diese kurzlebigen Ladungsträger durch das Material bewegen können um die Kontakte zu erreichen ehe sie wieder zerfallen Um Solarzellen weiter gezielt zu optimieren ist es also wichtig genau zu verstehen wie dieser Transport abläuft – welche Wege die Elektronen nehmen und wodurch die Bewegung eingeschränkt wird Ultraschnelles Mikroskop verfolgt Wege der Elektronen Genau dies ist Forschern an der Universität Regensburg um Prof Dr Rupert Huber nun mit einem neuartigen ultraschnellen Mikroskop an maßgeschneiderten Proben die von Prof Dr Michael Johnston Oxford University beigesteuert wurden gelungen Das Team konnte gezielt freie Elektronen erzeugen und deren Diffusion auf ultrakurzen Zeitskalen verfolgen Dies stellte bei Perowskit-Solarzellen bisher eine besondere Herausforderung dar da diese nicht homogen sind sondern aus vielen kleinen Körnern bestehen die nur Hunderte Nanometer groß sind Die Ergebnisse waren überraschend Obwohl das Material aus vielen unterschiedlichen Nanokristallen besteht ist der vertikale Ladungstransport auf der Nanometer-Längenskala unbeeinflusst von Unregelmäßigkeiten in der genauen Form der Nanokristallite – ein möglicher Grund für den Erfolg von Perowskit-Solarzellen Als die Forscher auch großflächigere Regionen auf der Skala mehrerer hundert Mikrometer untersuchten zeigte sich allerdings auch dass einige Regionen effizienter im Ladungstransport sind als andere Diese lokalen Hotspots könnten für die Entwicklung neuer Solarzellen von großer Bedeutung sein Die neuartige Messmethode der Forscher kann direkt Einblick in die Verteilung und Effizienz der einzelnen Regionen geben und ist ein wichtiger Schritt zur weiteren Verbesserung von Perowskit-Solarzellen »Unsere neu entwickelte Methode erlaubt uns erstmals das komplexe Zusammenspiel zwischen Ladungstransport Kristallkonfiguration und der Form der Kristallite direkt auf der Nanoskala zu beobachten Damit kann sie genutzt werden um Perowskit-Solarzellen gezielt weiter zu verbessern« erklärt Prof Rupert Huber Die neuartige Messmethode ist aber nicht nur auf moderne Solarzellen beschränkt denn das Wechselspiel zwischen Struktur und Ladungstransport ist für eine Vielzahl moderner Anwendungen von zentraler Bedeutung So könnte der Durchbruch auch für die Entwicklung von kleinen und schnellen Transistoren sowie für die Erklärung eines der größten Rätsel der Festkörperphysik – Hochtemperatur-Supraleitung – eine wertvolle Hilfe sein mk Bild Sm ile us s to ck a do be c om