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Fortschritte: Verständnis der Degradation von Solarzellen eröffnet Aussicht auf höhere Wirkungsgrade
Seit vielen Jahrzehnten wird an Silizium-Solarzellen geforscht, an die 800 Gigawatt Solarleistung sind schon installiert worden und doch gibt es immer noch nennenswerte Fortschritte im Verständnis der Physik, die sich in ihnen abspielt.
Silizium-Solarzellen arbeiten mit einem P-N-Übergang, der durch Einbringung geringer Konzentrationen anderer Stoffe in das Silizium erzeugt wird, der sogenannten Dotierung. Bei der Absorption des Sonnenlichtes entstehen dort Paare aus beweglichen Elektronen und positiven Ladungsträgern, den "Löchern". Diese werden im Feld des P-N-Übergangs getrennt und liefern den Strom.
Alle Solarzellen mit Bor als Dotierungsatom und Sauerstoff im Kristallgitter - und das sind weitaus die Meisten - zeigen in den ersten Betriebsstunden eine Verminderung um bis zu 10 % der elektrischen Leistung. Dieser Effekt heißt lichtinduzierte Degradation (LID) und ist schon lange bekannt. Nicht bekannt hingegen war bisher der Mechanismus, der dahinter steht, und dies hat sich jetzt geändert.
Forscher der Uni Manchester fanden in dieser Studie eine bisher unbekannte Art von Defekt im Kristallgitter, wo ein Bor-Atom und zwei Sauerstoffatome zusammen eingelagert sind. Wenn durch das Licht eine nennenswerte Konzentration von Löchern entsteht, ändern die besagten Stellen ihren Zustand; sie wandeln sich von Quellen für bewegliche Elektronen (Donatoren) in Bindungsstellen für diese (Akzeptoren) um.
Dieses wieder hat zur Folge, dass dort ein Teil der bei der Lichtabsorption entstandenen Ladungsträger-Paare rekombiniert, die eigentlich nutzbaren Strom liefern sollen. Daher der Wirkungsgradverlust.
Die Zustandsänderung ist reversibel: durch Erhitzen in der Dunkelheit kann sie ausgeheilt werden. Durch längeres Erhitzen kann ein quasistabiler ausgeheilter Zustand erreicht werden, von dem man aber nicht weiß, wie beständig er ist.
Wenn dieser Mechanismus einmal blockiert werden kann, können entsprechend leistungsfähigere Solarzellen hergestellt werden.
Quelle: Ben Robinson Bild: (ohne Quellenangabe) EN manchester.ac.uk
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