Die Physiker veröffentlichten ihre Ergebnisse in der renommierten wissenschaftlichen Zeitschrift Nature Communications.
Photovoltaische Solarzellen wandeln Sonnenlicht in elektrische Energie um. Die Zellen absorbieren das einfallende Licht, wodurch Elektronen angeregt werden. Diese werden in eine vorgegebene Richtung gelenkt und erzeugen so einen elektrischen Strom, der Motoren antreiben oder eine Glühbirne zum Leuchten bringen kann. Dies geschieht durch die Wechselwirkung mehrerer Schichten aus Halbleitern und Metallen innerhalb der Solarzelle. Die Zellen werden in einem komplexen Prozess hergestellt, bei dem verschiedene chemische Elemente, üblicherweise durch Verdampfung, auf ein Glassubstrat aufgebracht werden. So wächst die Solarzelle Schicht für Schicht.
In der Vergangenheit entdeckten Wissenschaftler zufällig, dass sich die Effizienz einer bestimmten Solarzellentechnologie durch die Zugabe von Natrium zur lichtabsorbierenden Schicht deutlich verbesserte. Sie beobachteten jedoch auch, dass Natrium das Wachstum dieser Schicht und die Wechselwirkung der anderen chemischen Elemente beeinflusste und insbesondere die Vermischung von Gallium und Indium hemmte. Dies führte zu weniger homogenen Schichten und beeinträchtigte somit die Leistung. Daher gingen Wissenschaftler und Hersteller bisher davon aus, dass die ideale Methode zur Herstellung von Solarzellen darin bestünde, Natrium erst nach Abschluss des Wachstumsprozesses hinzuzufügen.
Mit einem anderen Ansatz haben Forscher der Forschungseinheit für Physik und Materialwissenschaften der Universität Luxemburg zusammen mit vier internationalen Partnern gezeigt, dass die Wahrheit differenzierter ist. Während die lichtabsorbierende Schicht üblicherweise aus Tausenden einzelner Körner besteht, wählte die Forschungsgruppe eine anspruchsvollere Fertigungsstrategie und züchtete die Schicht als ein einziges Korn. „Im Wesentlichen haben wir in dieser Arbeit gezeigt, dass die Zugabe einer geringen Menge Natrium die Verteilung der Elemente homogenisiert, wenn der Absorber aus einem einzigen Korn besteht“, sagt Diego Colombara, Marie-Curie-Forscher am Internationalen Iberischen Labor für Nanotechnologie und Hauptverantwortlicher der Studie. „Das ist sehr überraschend, denn über 20 Jahre lang zeigte die Forschung in Absorbern aus vielen Körnern durchweg den gegenteiligen Effekt.“.
Die Forscher kamen zu dem Schluss, dass Natrium eine zweifache Wirkung hat: Es homogenisiert die Elemente innerhalb jedes einzelnen Korns, verlangsamt aber die Homogenisierung bei der Wechselwirkung zwischen den Körnern. „Dies eröffnet uns die Möglichkeit, die Herstellung von Solarzellen zu überdenken. Zukünftig könnten diese Erkenntnisse zu Verbesserungen im Fertigungsprozess führen“, so Dr. Phillip Dale, Leiter der Forschungsgruppe am Labor für Energiematerialien (LEM) der Universität Luxemburg und Mitglied des Luxemburger Nationalen Forschungsfonds (FNR).

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