Jülicher Photovoltaik-Forscher machen Lichtausbreitung in Solarzellen sichtbar

gelungen, einen direkten Blick auf die Lichtausbreitung innerhalb einer Solarzelle zu werfen.
Die Photovoltaik-Forscher beschäftigen sich mit periodischen Nanostrukturen, die den normalerweise nur schwach absorbierten Anteil des Sonnenlichts effizient einfangen. Auf diese Weise können sie Licht, das in einer Solarzelle eingefangen ist, experimentell untersuchen.

Quantenmechanischer Tunneleffekt macht gefangenes Licht sichtbar
Bis vor Kurzem ließ sich der Lichteinfang innerhalb solcher periodisch nanostrukturierten Solarzellen nur mit indirekten Methoden analysieren, da das eingefangene Licht von außen eigentlich nicht sichtbar ist. Dass es sich trotzdem nachverfolgen lässt, liege am quantenmechanische Tunneleffekt des Lichtes, erklären die Forscher.
Dieser erlaubt es, dass Licht aus der Solarzelle nach draußen dringen kann, sobald eine Licht leitende Komponente in die unmittelbare Nähe der Oberfläche der Solarzelle gebracht wird. Über eine Glasfaserspitze konnten die Forscher mittels der optischen Nahfeld-Mikroskopie daher das Licht messen, das eigentlich in der Solarzelle gefangen ist.

Lichteinfang wichtig bei der Optimierung von Dünnschicht-Solarzellen
Der Lichteinfang spielt insbesondere eine wichtige Rolle bei der Optimierung von Dünnschicht-Solarzellen. Diese sind einfacher und mit geringerem Materialienaufwand herzustellen, besitzen aber derzeit noch einen schlechteren Wirkungsgrad als herkömmliche, kristalline Solarzellen. Die Schicht, in der die Energiewandlung stattfindet, ist nur rund ein tausendstel Millimeter dick. Längere Lichtwellen im Infrarotbereich werden bei direkter Einstrahlung daher nur schlecht absorbiert.
Mit periodisch nanostrukturierten Kontaktgrenzflächen ließe sich die Absorption des einfallenden Lichtes verbessern. Diese Grenzflächen koppeln einfallendes Licht in die dünne Siliziumschicht ein. Mithilfe der neuen Messmethode konnten die Wissenschaftler vom Jülicher Institut für Energie- und Klimaforschung zeigen, dass ein direkter Zusammenhang zwischen der Beschaffenheit der Nanostruktur, der Absorption bestimmter Wellenlängen des Lichtes und insbesondere der Effizienz der Solarzellen besteht.
Der Ansatz wurde in der Fachzeitschrift Nano Letters vorgestellt.

27.11.2014 | Quelle: Forschungszentrum Jülich | solarserver.de © EEM Energy & Environment Media GmbH