27.10.2011, 10:58 Uhr

Bayern: Forscher testen neue Hybrid-Solarzellen

Bayreuth – Mit einem weltweit einmaligen lasertechnischen Versuchsaufbau haben Wissenschaftler der Universität Bayreuth, der LMU München und der TU München beobachtet, wie Lichtenergie in Strom verwandelt wird. Alle Teilschritte dieser Transformation ließen sich mit einer Auflösung von 40 Femtosekunden bildlich darstellen. Beobachtet und dokumentiert wurde die Anregung der Polymere durch Lichtenergie, die Bildung von coulombgebundenen Paaren positiver und negativer Ladung und deren anschließende Trennung. Bei den Forschungsarbeiten kamen neuartige Solarzellen zu Einsatz, die aus Kunststoff und Silizium bestehen (Hybrid-Solarzellen). Unter Einwirkung des Sonnenlichts werden Paare von positiver und negativer Ladung gebildet, die sich durch die Coulomb-Kraft gegenseitig anziehen. Die Coulomb-Kraft muss überwunden werden, damit die Ladungen sich trennen, so entsteht ein Stromfluss. Die anorganische Komponente (Silizium) sorgt dafür, dass die negative Ladung der Elektronen aufgenommen und zur Elektrode abgeleitet wird, während die positive Ladung über die organische Komponente abfließt.

Steigerung der Effizienz bei der Ladungstrennung

Das Forscherteam der Uni Bayreuth, Prof. Dr. Anna Köhler und Dipl.-Phys. Christina Scharsich, haben entdeckt, dass die Coulomb-Kraft leicht überwunden werden kann, wenn das organische Material eine geordnete molekulare Struktur aufweist. Hierzu wurde der Kunststoff P3HT verwendet. „In zahlreichen Experimenten hier in Bayreuth haben wir herausgefunden, wie die P3HT-Polymere aus sich selbst heraus eine regelhafte Struktur anstreben", erklärt Christina Scharsich. „Diese molekulare Selbstorganisation können wir für die Stromerzeugung ausnutzen. Wir bearbeiten die P3HT-Polymere für die Solarzellen so, dass sie ihre Tendenz zur wohlgeordneten Selbstorganisation voll entfalten. Die unter Einwirkung von Lichtenergie erzeugten Paare von positiver und negativer Ladung haben dann viel Platz auf dem Polymer, so dass sie sich besonders leicht trennen. Die Effizienz der Ladungstrennung ist infolge der Selbstorganisation doppelt so hoch."

Silizium als Elektronenakzeptor

Eine wesentliche Rolle die den Untersuchungen spielte auch das Silizium. Silizium eignet sich aufgrund seiner hoch geordneten Struktur besonders gut zur Aufnahme und Weiterleitung von Elektronen. Den Wissenschaftlern an der TU München um Prof. Dr. Martin Stutzmann ist es gelungen, Silizium so zu prozessieren, dass es gemeinsam mit Kunststoff zu einer effizienten Solarzelle verarbeitet werden kann. In seiner Rolle als Elektronenakzeptor unterstützt es dabei die Analysen der Umwandlung von Licht in Strom. „Ohne das Silizium in dieser Funktion hätten unsere Untersuchungen nicht zu derartig klaren und präzisen Ergebnissen geführt", erläutert Prof. Dr. Anna Köhler.

PV: Forscher wollen Effizienz deutlich erhöhen


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