SolarWorld Einstein-Nachwuchsaward geht 2007 an drei ehemalige Diplomanden des Hahn-Meitner-Instituts Berlin

Die Nachwuchswissenschaftler untersuchten in ihren Diplomarbeiten eine Materialgruppe, die zunehmend in Dünnschichtsolarzellen verwendet wird: die so genannten Chalkopyrite, Kupfer-Indium-Sulfid oder Kupfer-Indium-Selenid (CIS-Zellen) In ihren Arbeiten versuchten die jungen Forscher herauszufinden, wie Korngrenzen innerhalb der Zellschichten den Transport von Ladungsträgern beeinflussen. Die Erkenntnisse sind für das Verständnis von chalkopyrit-basierten Solarzellen von zentraler Bedeutung. Mit ihnen können die Wirkungsgrade solcher Zellen verbessert werden.

Dünne Schichten aus Kristallen

Dünnschichtsolarzellen aus Chalkopyriten, so genannte CIS-Zellen sind in der polykristallinen Form effizienter als in der monokristallinen Form – das ist ein Unterschied zu den Silizium-Zellen, bei denen die Einkristalle die besten Wirkungsgrade liefern. In polykristallinen Materialien bilden sich Korngrenzen, wenn zwei Kristalle aufeinander stoßen. Diese Korngrenzen beeinflussen die Effizienz von Solarzellen. Die Nachwuchswissenschaftler Tobias Eisenbarth, Mark Wimmer und Caspar Leendertz konnten mit ihren Arbeiten einen wichtigen Beitrag zum Verständnis dieser Korngrenzen liefern. Für ihre Forschungsleistung werden sie am 3. September 2007 auf der 22nd European Photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition in Mailand mit dem SolarWorld Einstein-Nachwuchs-award ausgezeichnet, der mit 5.000 Euro dotiert ist.

Drei Arbeiten, ein Thema

Die drei Nachwuchsforscher bearbeiteten einen Themenkomplex und teilten sich ihre Untersuchungsobjekte und Fragestellungen entsprechend auf. Tobias Eisenbarth produzierte erstmals erfolgreich einen so genannten Bikristall aus Kupfergalliumselenid, CuGaSe2. Dieser besteht aus nur zwei Kristallen, die eine einzelne Korngrenze bilden. Zusätzlich konnte der Forscher erfolgreich eine erste Klassifizierung der Korngrenze mit Hilfe von Strukturuntersuchungen vornehmen.

Die elektrischen Eigenschaften dieser Korngrenze, also Existenz, Ausmaß und Art einer etwaigen Barriere für Ladungsträger lagen im Fokus der beiden anderen Arbeiten. Mark Wimmer konnte mit seinen elektrischen Transportmessungen den Einfluss analysieren, den die Korngrenze auf die elektrischen Eigenschaften des Bikristalls ausübt. So konnte Wimmer auf eine Barriere für den Transport der Ladungsträger an der Korngrenze schließen. Caspar Leendertz konnte andererseits mit Hilfe einer speziellen Oberflächenanalyse ausschließen, dass Ladungen an der Korngrenze vorhanden sind. In Kombination mit den elektrischen Transportmessungen deuten die Ergebnisse der Forscher auf eine ladungsneutrale Barriere an der Korngrenze hin.

Kupferverbindungen zur Stromerzeugung

Dünnschichtsolarzellen mit kupferbasierten Chalkopyrit-Absorberschichten (Cu(In,Ga)(S,Se)2) besitzen das Potenzial, hohe Wirkungsgrade bei gleichzeitig niedrigen Produktionskosten zu erreichen. Die höchsten Wirkungsgrade unter Laborbedingungen liegen derzeit bei knapp 20 Prozent und werden mit dem polykristallin gewachsenen Materialsystem Cu(In,Ga)Se2 erreicht. Das Vorhandensein von Korngrenzen ist der wesentliche strukturelle Unterschied zwischen polykristallinen und monokristallinen Materialien. Den Korngrenzen wird deshalb eine bedeutende Rolle für die unterschiedlichen Wirkungsgrade der Solarzellen zugeschrieben. Das Verständnis darüber, wie sie die elektrischen Eigenschaften der Absorberschicht beeinflussen, ist somit ein Ausgangspunkt zur weiteren Optimierung der Solarzellen.

Der SolarWorld Einstein-Nachwuchsaward

SolarWorld verleiht seit 2005 den SolarWorld Einstein-Award an Persönlichkeiten, die sich in besonderer Weise zur Nutzung der Solarenergie – und somit für den „Planet Erde“ – verdient gemacht haben. Seit 2006 werden zusätzlich wissenschaftliche Arbeiten rund um die Photovoltaik mit dem SolarWorld Einstein-Award für NachwuchsforscherInnen ausgezeichnet. Damit soll gezielt der wissenschaftliche Nachwuchs gefördert werden. Der Nachwuchsaward ist mit 5.000 € dotiert.

http://www.solarworld.de/einstein-award/

Publikation in Physical Review Letters: http://link.aps.org/abstract/PRL/v97/e146601


4. September 2007