Je mehr Licht, desto besser – das müsste eigentlich für Solarzellen gelten. Die umweltfreundlichen „Lichtfresser“ treiben inzwischen Alltagsgegenstände wie Taschenrechner, Parkuhren und sogar Laptops an. Doch dem ist nicht so: Das lichtempfindliche Material dieser photovoltaischen Flächen leidet unter zu intensivem Licht und verliert bis zu 15 Prozent seiner Effektivität. Warum das so ist, haben jetzt amerikanische Wissenschaftler herausgefunden.
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Seit den 1970er Jahren suchen Wissenschaftler nach den Ursachen für diesen „Schönheitsfehler” der Solarzellen. David Drabold und Tesfaye Abtew von der Universität Ohio und P. C. Taylor, Forscher an der Universität von Utah haben jetzt entdeckt, was dabei im Grundmaterial der meisten Solarzellen, dem hydrogenierten amorphen Silizium (Si:H), geschieht.
Wenn das photovoltaische Material dem Licht ausgesetzt wird, bewegen sich die Wasserstoffatome und bilden neue Konfigurationen. Bei diesen verbinden sich einige Siliziumatome mit jeweils zwei anderen Silizium und zwei Wasserstoffatomen zum so genannten Silizium-Dihydrid, SiO2. Dieser Prozess ist analog dem, der bei der Belichtung von photographischem Film geschieht, erklärt Drabold. Das Licht bringt die Silberatome dazu sich in Clustern an der Filmoberfläche zu sammeln und damit das Bild zu formen.
Im Falle der Solarzellen allerdings ist dieser, auf Wasserstoffatome wirkende Effekt, höchst unerwünscht. „Es ist kein fataler Effekt, aber er senkt die Leistung. Es wäre schön, wenn das Problem verringert werden könnte“, so der Forscher. Drabold und Abtew entdeckten die „Wasserstoffwanderung“ mithilfe von quantenmechanischen Computersimulationen, die zeigten, wie die Atome im Material auf Licht reagierten. Experimentelle Befunde stützten die Berechnungen.
Zur Zeit entwickeln die Forscher weitere Modelle, die erklären sollen, wie die Wasserstoffbewegung und die Entstehung von SiH2 die Funktion der Solarzellen stört und welche Abläufe bei genau ablaufen. Obwohl Silizium nicht das einzige für Solarzellen eingesetzte photovoltaische Material ist, könnte es zu deutlichen Leistungsverbesserungen führen, wenn ein Weg gefunden wird, wie diese Lichtdegeneration umgangen oder vermindert werden kann. „Wenn wir herausbekommen, was vor sich geht, haben wir zumindest eine Idee, wie wir das Problem lösen können, beispielsweise indem wir eine gezielte Verunreinigung einbauen, um sie zu blockieren“, erklärt Drabold.
(Ohio University, 20.06.2005 – NPO)
