Neuartige semitransparente Solarzelle auf der Basis von ultradünnen Si/Ge-Mehrfachquantenbrunnen

Neuartige semitransparente Solarzelle auf der Basis von ultradünnen Si/Ge-Mehrfachquantenbrunnen

Im Gegensatz zu herkömmlichen undurchsichtigen Solarzellen ermöglichen halbtransparente Solarzellen die gleichzeitige Stromerzeugung und Lichtdurchlässigkeit. Neben der Gewinnung von Solarenergie eröffnen die vielfältigen Funktionalitäten dieser Technologien, wie z. B. Ästhetik, visueller Komfort und Wärmemanagement, diverse Integrationsmöglichkeiten in vielseitige technologische Anwendungen. In dieser Arbeit wird die erste Demonstration einer neuartigen semitransparenten Solarzelle auf der Basis von ultradünnen hydrierten amorphen Si/Ge-Multiple Quantum Wells (MQW) vorgestellt.

Durch optoelektronische Modellierung werden die Vorteile von ultradünnen MQW als photoaktives Material zur Überwindung der intrinsischen Beschränkungen von dünnen (20 nm) und ultradünnen (2,5 nm) Single Quantum Wells (SQW) erklärt. Dies ermöglicht einen zusätzlichen Freiheitsgrad sowohl für das optische Design als auch für die Entwicklung der Bandlücke. Vor allem die Vervielfachung der Anzahl der QWs in einer periodischen Konfiguration unter Ausnutzung der effektiven Synergie zwischen elektronischer und photonischer Begrenzung führt zu einer Verbesserung des Photostroms bei gleichzeitiger Beibehaltung der hohen Spannung und des Füllfaktors und gewährleistet eine erhebliche Transparenz. Das neue MQW-Konzept führt zu einer Steigerung der Leistungsumwandlungseffizienz auf bis zu 3,4 % und einer beachtlichen durchschnittlichen sichtbaren Transmission von etwa 33 %. Es wird ein Lichtnutzungsgrad von über 1,1 % erreicht, der als einer der höchsten unter den anorganischen halbtransparenten Solarzellentechnologien angesehen werden kann. Die erfolgreiche Demonstration ultradünner semitransparenter Si/Ge MQW-Solarzellen zeigt das vielversprechende Integrationspotenzial dieser aufstrebenden Photovoltaiktechnologie für die Versorgung von Systemen in relevanten Anwendungen wie Gebäuden, Fahrzeugen und Gewächshäusern.

(Quelle: Wiley Online Library vom 28.12.2022)