Physiker der ITMO-Universität haben eine neue Methode zur Verwendung transparenter Materialien entdeckt.Solarzellenund dabei ihre Effizienz beibehalten. Die neue Technologie basiert auf Dotierungsverfahren, die die Eigenschaften von Materialien durch das Hinzufügen von Verunreinigungen verändern, jedoch ohne den Einsatz teurer Spezialgeräte.

Die Ergebnisse dieser Forschung wurden in ACSApplied Materials & Interfaces veröffentlicht („Ion-gated small molecule OPVs: Interfacial doping of charge collectors and transport layers“).

Eine der faszinierendsten Herausforderungen im Bereich der Solarenergie ist die Entwicklung transparenter, lichtempfindlicher Dünnschichtmaterialien. Diese Schichten könnten auf herkömmliche Fenster aufgebracht werden, um Energie zu erzeugen, ohne das Erscheinungsbild des Gebäudes zu beeinträchtigen. Die Entwicklung von Solarzellen, die hohe Effizienz mit guter Lichtdurchlässigkeit vereinen, ist jedoch sehr schwierig.

Konventionelle Dünnschichtsolarzellen besitzen undurchsichtige Metallrückseitenkontakte, die mehr Licht absorbieren. Transparente Solarzellen hingegen nutzen lichtdurchlässige Rückelektroden. Dabei gehen zwangsläufig einige Photonen beim Durchgang verloren, was die Leistung der Zelle beeinträchtigt. „Zudem kann die Herstellung einer Rückelektrode mit geeigneten Eigenschaften sehr kostspielig sein“, erklärt Pavel Voroshilov, Forscher an der Fakultät für Physik und Ingenieurwesen der ITMO-Universität.

Das Problem der geringen Effizienz wird durch Dotierung gelöst. Die korrekte Einbringung der Verunreinigungen in das Material erfordert jedoch komplexe Verfahren und teure Anlagen. Forscher der ITMO-Universität haben eine kostengünstigere Technologie zur Herstellung „unsichtbarer“ Solarzellen vorgeschlagen: die Dotierung des Materials mit ionischen Flüssigkeiten, wodurch sich die Eigenschaften der behandelten Schichten verändern.

„Für unsere Experimente verwendeten wir eine Solarzelle auf Basis kleiner Moleküle und brachten Nanoröhren daran an. Anschließend dotierten wir die Nanoröhren mithilfe eines Ionengates. Wir bearbeiteten auch die Transportschicht, die dafür sorgt, dass die Ladung von der aktiven Schicht die Elektrode erreicht. Dies gelang uns ohne Vakuumkammer und unter Umgebungsbedingungen. Wir mussten lediglich etwas ionische Flüssigkeit auftropfen und eine geringe Spannung anlegen, um die gewünschte Leistung zu erzielen“, fügte Pavel Voroshilov hinzu.

Bei der Erprobung ihrer Technologie konnten die Wissenschaftler die Effizienz der Batterie deutlich steigern. Die Forscher gehen davon aus, dass sich dieselbe Technologie auch zur Leistungssteigerung anderer Solarzellentypen eignet. Nun planen sie, mit verschiedenen Materialien zu experimentieren und die Dotierungstechnologie selbst weiterzuentwickeln.