Rätsel um Effizienzverlust von Zinkoxid-basierten Farbstoff-Solarzellen aufgeklärt
Die Forscher um Prof. Emad Aziz haben erstmals mit ultrakurzen Laserpulsen beobachtet, wie sich zwischen organischen Farbstoff-Molekülen und einer Zinkoxid-Halbleiterschicht Grenzflächenzustände bilden, in denen Ladungsträger eingefangen werden.
Die Ergebnisse entstanden im Rahmen einer Zusammenarbeit mit der australischen Monash-University am Joint Lab vom HZB und der Freien Universität Berlin (FU) und wurden im Open Access Magazin von Nature, den Scientific Reports, veröffentlicht.
Entwicklung angeregter Zustände im Detail untersucht
Bisher ist es nicht gelungen, mit ZnO Solarzellen zu bauen, die besser sind als diejenigen auf Basis von Titandioxid (TiO2). Das Team um Aziz hat nun erstmals die Ursache direkt beobachtet und im „Joint Ultrafast Dynamics Lab in Solutions and at Interfaces“ im Detail untersucht. Es verfügt über modernste Laserinstrumente, die ultrakurze XUV-Pulse erzeugen können. Diese Lichtblitze ermöglichen es, sowohl die zeitliche als auch energetische Entwicklung angeregter Zustände in ultrakurzen Zeitabschnitten zu verfolgen.
Grenzflächenzustände als „Fallen“ für die Ladungsträger identifiziert
„Unsere Messungen zeigen erstmals direkt, dass Ladungsträger durch Bildung eines Grenzflächenzustandes zwischen Farbstoff und Halbleiter an dessen Oberfläche eingefangen werden. Dadurch stehen sie nicht mehr unmittelbar als freie Ladungsträger zur Verfügung“, erklärt der Doktorand Mario Borgwardt. Diese eingefangenen Elektronen im Grenzflächenzustand bleiben länger an Ort und Stelle. Dadurch erhöht sich die Wahrscheinlichkeit, dass sie durch Rekombination wieder verloren gehen. Dies reduziert den Wirkungsgrad der Solarzelle.
14.04.2016 | Quelle: Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie GmbH | solarserver.de © EEM Energy & Environment Media GmbH
