Die Anreicherung von Dünschichtsolarzellen aus amorphem Silizium mit Mangan dotierten Zinksulfid-Nanopartikel (ZnS:Mn) kann die Absorptionseigenschaft von Fluoreszenzzellen verbessern. Dadurch erhöht sich die Effizienz solcher Zellen, da sie mehr Licht in Strom umwandeln können. Surajan Sen vom Indian Institute of Technology (IIT) in Bombay stellt die Untersuchung seines Forscherteams auf der EU PVSEC in Hamburg vor.
Die ersten Fluoreszenzzellen wurden mit Materialien beschichtet, die kurzwelliges Licht absorbieren und in langwelliges Licht umwandeln, mit dem die Solarzelle mehr Strom erzeugen kann. Allerdings absorbieren diese Materialien teilweise auch langwelliges Licht. Dadurch hebt die Fluoreszenzschicht den Vorteil, den sie erzeugt teilweise wieder auf. Man musste darauf achten, dass der Anteil des von dieser Schicht absorbierten langwelligen Lichtes möglichst gering war. Um aus diesem Dilemma herauszukommen, versuchte man es mit fluoreszierenden Nanopartikeln. Die absorbieren nur das kurzwellige Licht. Die Forschung hat sich bisher auf den Einsatz von Nanopartikeln aus Cadmiumselenid und Bleisulfid konzentriert. Die Forscher des IIT setzen an dieser Stelle an und entgiften das Verfahren. Sie ersetzen die toxischen Schwermetalle Blei und Cadmuim durch die ungiftigen Bestandteile Mangan und Zinksulfid.
Die Wellenlänge des Lichts verschieben
Durch die Dotierung des Zinksulfids mit Mangan wandeln die Nanopartikel kurzwelliges in orangefarbenes Licht mit einer Wellenlänge von etwa 600 Nanometern um, mit dem die Solarzelle Strom erzeugt. Zusätzlich erwiesen sich die ZnS:Mn-Nanopartikel in Versuchen stabiler als die bisher untersuchten Partikel aus Bleisulfid und Cadmiumselenid. Außerdem erreichen sie eine größere Wellenlängenverschiebung (Stokes Shift) als die Cadmiumselenidpartikel.
„Allerdings hängt die Wirkung der Partikel sehr stark von der Länge des Reifeprozesses der Zelle ab“, sagt Surajan Sen. Die Wissenschaftler haben drei Zellen getestet, die nach verschiedenen Zeiten mit einer Polymerfolie verschlossen wurden. Eine vierte Zelle ließen sie ganz unverschlossen. Bei den Untersuchungen stellte sich heraus, dass die nach 45 Minuten Reifung verschlossene Zelle die höchste Fluoreszenzintensität. Wenn der Reifungsprozess aber schon nach 30 Minuten abgeschlossen wird, können die Nanopartikel mehr kurzwelliges Licht absorbieren und in langwelliges Licht umwandeln. Die schlechtesten Eigenschaften hatte die unverschlossene Zelle, vor allem hinsichtlich der Langzeitstabilität der Nanopartikel. (Sven Ullrich)
