Anders als erwartet entspreche der Übergang zwischen der organischen leitfähigen Kontaktschicht und dem Silizium-Absorbermaterial nicht einem Metall-Halbleiter-Kontakt, sondern einem pn-Übergang zwischen zwei Halbleiter-Materialien, berichten die Forscher. Die Ergebnisse wurden im Nature-Journal Scientific Reports (doi:10.1038/srep13008) veröffentlicht.

System basiert auf herkömmlichen n-dotierten Silizium-Wafern
Das untersuchte System basiert auf herkömmlichen n-dotierten Silizium-Wafern, die mit dem organischen hochleitfähigen Material PEDOT:PSS beschichtet sind und einen Wirkungsgrad von etwa 14 % zeigen. Diese Material-Kombination wird aktuell auch von anderen Forschergruppen untersucht.
„Wir haben systematisch die Kennlinien, Dunkelströme sowie die Kapazitäten von solchen Schichtsystemen ausgemessen, und zwar mit unterschiedlich dotierten Siliziumwafern“, erklärt Sara Jäckle, Erstautorin der Arbeit und Doktorandin im Team von Prof. Silke Christiansen.
„Dabei haben wir festgestellt, dass die Dunkelkennlinien sowie die Leerlaufspannung der Solarzellen von der n-Dotierung der Siliziumschicht abhängen. Dieses Verhalten und die Größenordnung der Messwerte passen jedoch überhaupt nicht zu einem typischen Schottky-Kontakt.“

Organische, leitfähige Schicht verhält sich wie ein p-Halbleiter
Der Befund ist überraschend, denn n-Silizium ist ein typischer Halbleiter, während PEDOT:PSS üblicherweise als metallisch leitend beschrieben wird. Bislang wurde deshalb angenommen, dass zwischen diesen beiden Materialien ein typischer Metall-Halbleiter-Kontakt besteht, der durch die Schottky-Gleichung beschrieben werden kann.
Doch die Messdaten und der Abgleich mit theoretischen Modellierungen zeigen etwas anderes: Die organische, leitfähige Schicht verhält sich im Kontakt mit n-Silizium nicht wie ein Metall sondern wie ein p-Halbleiter. „Die Messergebnisse hängen von der Stärke der n-Dotierung ab, genau wie bei einem Heteroübergang zwischen einem p-Halbleiter und einem n-Halbleiter“, sagt Sara Jäckle.

Ergebnisse sind vermutlich auch für andere hybride Systeme gültig
„Diese Arbeit betrifft einen ganz wichtigen Aspekt bei solchen hybriden Schichtsystemen, nämlich das Verhalten an der Grenzschicht”, so Christiansen. „Die Ergebnisse sind vermutlich auch für andere hybride Systeme gültig, die für die Photovoltaik oder andere optoelektronische Anwendungen interessant sind, beispielsweise auch für Perowskit-Zellen. Sie geben uns neue Hinweise, wie wir gezielt an der Grenzflächenoptimierung arbeiten können.”

18.08.2015 | Quelle: Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie GmbH | solarserver.de © EEM Energy & Environment Media GmbH