Solarzellen unter der Lupe
Neue lichtmikroskopische Methode macht Materialdefekte von Solarzellen sichtbar.
Wissenschaftler um Bert Nickel von der Ludwig-Maximilians-Universität München haben erstmals das aktive Material von organischen Dünnschicht-Solarzellen unter einer Art Lichtmikroskop mit Hilfe von lokaler Laseranregung untersucht. „Wir haben eine Technik entwickelt, bei der wir mit einem fokussierten Laserstrahl, den wir unter anderem mit einer rotierenden Blende modulieren, das Material rastern. So können wir die Defektdichte organischer Dünnfilme direkt abbilden, was bisher nicht möglich war“, erklärt Christian Westermeier von der LMU.
Abb.: Mit einem fokussierten Laserstrahl werden die Defektstellen in der aktiven Schicht lokalisiert. (BIld: C. Westermeier, Wiley-VCH)
Wie lange durch Licht induzierte Ladung in Solarzellen verbleibt bevor sie an den Elektroden extrahiert wird, hängt von der Beschaffenheit des Materials ab. Defektstellen in der aktiven Schicht können als Fallen für Ladungsträger wirken: Sie ziehen einen Teil des Stroms ab, weil sie die Ladungsträger temporär festhalten. Mit ihrer Messmethode erfassen die Forscher die Änderungen im Stromfluss, die sich durch lokale Anregung der Defektstellen mit Licht ergeben. In der Versuchsanordnung verwendeten sie einen Rückkontakt als dritte Elektrode. Durch Anlegen einer elektrischen Spannung an dieser Elektrode lassen sich die Fallen der Ladungsträger über einen Feldeffekt gezielt füllen und entleeren. Die Frequenzmodulation des Lasers ermöglicht außerdem, die zeitliche Dynamik der Fallenzustände zu erfassen.
Die Untersuchung zeigt, dass die Defekte im Material ungleichmäßig verteilt sind. Es gibt einige Stellen, an denen sie sich häufen. „Es wäre interessant zu wissen, was an diesen Hot Spots mit der Beschichtung passiert. Die Frage ist, was die Defekte auslöst. Es könnte sich um eine chemische Verunreinigung oder um Störungen in der Anordnung der Moleküle handeln“, sagt Nickel.
Für ihre Arbeit haben Nickel und seine Kollegen das organische Molekül Pentacen ausgewählt, das bestleitende Material, das es zurzeit für die Herstellung von organischen Halbleiterelementen gibt. Sie untersuchten zunächst eine Dünnschicht bestehend aus einem Halbleitermaterial für Elektronenlöcher. In einem weiteren Schritt wollen sie nun die Defekte einer vollständigen Solarzelle abbilden, die aus einer Loch leitenden und einer Elektronen leitenden Schicht besteht.
LMU / CT
