Photovoltaik: Forscher suchen neue Materialien für durchsichtige Solarzellen

Wären Solarzellen durchsichtig, ließen sie sich auch auf Fensterscheiben und an Hausfassaden anbringen, so die Fraunhofer-Gesellschaft in einer Pressemitteilung. Physikalische Werkstoffmodellierung helfe dabei, passende Materialien für transparente Elektronik zu entwickeln und so die Basis für durchsichtige Solarzellen zu legen. Um die Vision von durchsichtigen Solarzellen und transparenter Elektronik wirklich werden zu lassen, seien zwei transparente Schichten erforderlich: Solche, die den Strom über Elektronen leiten, die n-Leiter, und solche, in denen Elektronenlöcher für den Stromfluss sorgen, die p-Leiter.
Um diese Materialien herzustellen, „verschmutzen“ oder dotieren die Ingenieure das Grundmaterial mit wenigen anderen Atomen. Je nachdem, welche Atome sie dafür verwenden, erhalten sie die unterschiedlich leitenden Materialien. N-leitende transparente Stoffe sind Stand der Technik. Bei den p-Leitern sehe es allerdings schlecht aus: Die Leitfähigkeit swei zu gering, und oft hapere es auch an der Transparenz. Die Hersteller wünschen sich daher ein transparentes Grundmaterial, das sich gut n- und p-dotieren lässt.

Transparente p-Leiter könnten komplett durchsichtige Elektronik ermöglichen
Für die n-Leiter wird bislang vor allem Indium-Zinn-Oxid verwendet. Eine teure Angelegenheit, denn Indium ist rar geworden, sein Preis hat sich seit 2002 verzehnfacht. Die Suche nach Ersatzstoffen läuft daher auf Hochtouren. Welche Stoffe eignen sich am besten? Womit dotiert man sie, um eine gute Leitfähigkeit zu erreichen? Wie sieht es mit der Transparenz aus? Forscher des Fraunhofer-Instituts für Werkstoffmechanik IWM haben im Verbundprojekt METCO mit weiteren Fraunhofer-Kollegen werkstoffphysikalische Modelle und Methoden entwickelt, die bei der Suche helfen. „Könnte man transparente p-Leiter mit ausreichender Leitfähigkeit herstellen, ließe sich komplett durchsichtige Elektronik herstellen“, sagt Dr. Wolfgang Körner, wissenschaftlicher Mitarbeiter am IWM.

Stickstoff als vielversprechende Dotierung zur p-Dotierung von Zinkoxid
Die Forscher ermitteln aus elektronenmikroskopischen Aufnahmen zunächst die Korngrenzen, die im Material am häufigsten vorkommen – also Unregelmäßigkeiten in der Kristallstruktur. Diese Defektstrukturen werden Atom für Atom modelliert. Simulationsmethoden berechnen, wie die Elektronen in diesen Strukturen und damit im Festkörper verteilt sind. Aus den Daten extrahieren die Forscher, wie leitfähig und transparent das Material ist. „So konnten wir etwa herausfinden, dass Phosphor sich für eine p-Dotierung von Zinkoxid zwar eignet, Stickstoff jedoch vielversprechender ist“, sagt Körner.

08.06.2009 | Quelle: Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik IWM | solarserver.de © EEM Energy & Environment Media GmbH