Maximale Effizienz, minimaler Einsatz
Die a-Si:H-Unterzellen werden auf dem transparenten Frontkontakt (AZO) abgeschieden, als Rückkontakt dient eine ITO-Schicht. Die organische Sub-Zelle besitzt einen Frontkontakt aus leitfähigem PEDOT und einen metallischen Rückkontakt. © Uni Potsdam
Dünnschichtsolarzelle auf Siliziumbasis nutzt mit organischer Zusatzschicht auch infrarotes Licht
Die neue hybride Solarzelle ist aus zwei extrem dünnen amorphen Siliziumschichten sowie einer organischen Schicht aufgebaut, zusammen sind ihre aktiven Schichten nicht dicker als einen Mikrometer. Trotz minimalem Materialeinsatz erreicht die Hybridzelle damit einen Rekord-Wirkungsgrad von 11,7 %. Die organische Schicht besteht aus so genannten „Fußballmolekülen“ oder Fullerenen, die mit halbleitenden Polymeren gemischt sind. Diese Schicht wandelt auch noch das Infrarotlicht in elektrische Energie um, das in den Siliziumschichten nicht genutzt werden kann.
Die komplementäre Verbindung organischer und anorganischer Materialien in einer Stapelzelle ist eine vielversprechende Option für Solarzellen der Zukunft. Die Zelle wurde im Rahmen des BMBF-Programms „Spitzenforschung und Innovation in den Neuen Ländern“ gemeinsam von Teams der Universität Potsdam und des Helmholtz-Zentrums Berlin (HZB) entwickelt, die ihre Arbeit nun im renommierten Fachmagazin „Advanced Materials“ publiziert haben.
Grundbaustein der Zelle ist eine sehr dünne Schicht aus amorphem Silizium, die mit Wasserstoff durchsetzt ist (a-Si:H). Solche einfachen Dünnschicht-Solarzellen erreichen nur geringe Wirkungsgrade und nutzen lediglich Photonen im blauen und grünen Bereich des Lichtspektrums.
Steffen Roland, Doktorand aus der Gruppe von Professor Dr. Dieter Neher an der Universität Potsdam, und Sebastian Neubert, Doktorand aus der Gruppe von Professor Dr. Rutger Schlatmann vom Kompetenzzentrum Dünnschicht- und Nanotechnologie für Photovoltaik (PVcomB) des HZB, haben diese Schicht zunächst um eine weitere a-Si:H-Schicht zu einer Tandemzelle erweitert und zusätzlich eine organische Schicht aufgebracht, die es ermöglicht, auch infrarotes Licht in elektrische Energie umzuwandeln. So konnten sie den Wirkungsgrad der Triplezelle auf über 11 % steigern. Gleichzeitig ist diese Solarzellenarchitektur deutlich beständiger gegenüber Alterungseffekten. Dieser Erfolg zeigt eindrucksvoll, wie die enge Zusammenarbeit von Doktoranden aus unterschiedlichen Fachrichtungen (organische Halbleiter und anorganische Halbleiter) zu neuen Devicestrukturen mit verbesserten Eigenschaften führt.
„Die Zelle lässt sich einfach mit etablierten Dünnschichttechnologien herstellen, die industriegängig und auch für die Produktion von großen Folien geeignet sind“, erklärt Rutger Schlatmann. Und Dieter Neher fügt an: „Die hohen Absorptionskoeffizienten der a-Si:H-Schichten und die Eigenschaften der organischen Schicht ermöglichen eine aktive Schichtstruktur, die nicht dicker als einen Mikrometer ist, das ist maximale Effizienz mit minimalem Einsatz!“.
Article first published online 7 January 2015 in Advanced Materials: Hybrid Organic/Inorganic Thin-Film Multijunction Solar Cells Exceeding 11% Power Conversion Efficiency
DOI: 10.1002/adma.201404698
- Nanosilber als Elektrokatalysator für die CO₂-VerwertungDurch Elektrolyse lässt sich CO2 zu CO reduzieren, einem Ausgangsstoff für weitere chemische Produkte wie beispielsweise Kraftstoffe. Im Rahmen des GreenQUEST-Projekts hat ein internationales Team um den HZB-Chemiker Prashanth Menezes Katalysatorschichten aus Silbernanopartikeln systematisch untersucht und dabei sowohl die Partikelgröße als auch deren Dichte variiert. Die beste Ausbeute wurde mit Nanopartikeln mit Durchmessern von etwa 10 nm erzielt, die locker verteilt waren. Darüber hinaus zeigten sie, wie sich die Wirtschaftlichkeit der elektrochemischen Zelle durch eine zusätzliche chemische Reaktion an der Anode verbessern lässt, indem gleichzeitig wertvolle Ameisensäure, Wasserstoff und CO erzeugt wird.
- BESSY II: Erster Film von Spinwellen im Nano-OszillatorSpin-Hall-Nano-Oszillatoren sind winzige Bauelemente auf Basis von ultradünnen CoFeB-Schichten. Sie wandeln Gleichstrom in Mikrowellensignale um und gelten als Option für eine besonders effiziente drahtlose Kommunikation oder für eine neue Technologie der Datenverarbeitung, die vom Gehirn inspiriert ist. Ein schwedisch-deutsches Team konnte nun an BESSY II zum ersten Mal die Magnetisierungsdynamik im Inneren eines solchen Spin-Hall-Nano-Oszillators abbilden, sozusagen filmen. Dazu nutzten sie die zeitaufgelöste Röntgen-Rastertransmissionsmikroskopie am MAXYMUS-Instrument. Die Abbildungen zeigen Merkmale von Spinwellen, die in den bisherigen indirekten Messverfahren nicht sichtbar waren. Die Studie ist in „Advanced Materials“ veröffentlicht.
- Gemeinsame Power statt doppelter Strukturen:Die Berliner Wissenschaft treibt ihre Forschungsexzellenz durch den Aufbau einer leistungsfähigen, institutionenübergreifend nutzbaren Daten- und KI-Infrastruktur weiter voran. Mit einer am 18. September 2026 unterzeichneten gemeinsamen Vereinbarung ebnen die Berlin University Alliance (BUA), das Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) und das Zuse-Institut Berlin (ZIB) den Weg für ein gemeinsames Data-Science- und KI-Zentrum in Berlin-Dahlem und Adlershof.