CD-Labor für Nanokomposit-Solarzellen

Ziel der Forschung ist die Entwicklung von flexiblen Solarzellen, die kostengünstig und damit großflächig einsetzbar sind. Dazu wird die Herstellung von Hybridmaterialien aus anorganischen Kristallen und organischen Polymeren – den Nanokompositen – optimiert.

Im Zentrum der Tätigkeit stehen die Auswahl an geeigneten Materialien und die Entwicklung passender Herstellungsprozesse für Nanokomposit-Schichten. Beide Aspekte sind kritisch für die Optimierung der photovoltaischen Eigenschaften von Nanokomposit-Solarzellen. Deren Wirksamkeit beruht auf optimaler Zusammensetzung des Gemisches der anorganischen Kristalle mit dem organischen Polymer, das dieses Hybridmaterial auszeichnet. Zum einen muss eine genügend große Grenzfläche zwischen den Materialtypen gewährleistet sein, zum anderen müssen deren Phasen einen bestimmten Abstand haben. Nur so kann eine effiziente Ladungstrennung bei gleichzeitig wirksamem Transport der elektrischen Ladung zu den Elektroden gewährleistet werden.

Leitfähige Kunststoffe wie Poly(p-Phenylen-Vinylen) (PPV) oder Polythiophene dienen als organische Polymere, die mit oxidischen oder sulfidischen anorganischen Halbleitern wie Zinksulfid verbunden werden. Der spezielle Vorteil dieser Materialien: Sie lassen sich wiederum auf einer flexiblen Unterlage wie dem Kunststoff Polyethylenterephthalat (PET) auftragen und bilden so eine rund 200 nm dicke, biegsame Einheit zur praktischen Verwendung. Ein weiterer Forschungsschwerpunkt befasst sich mit den Möglichkeiten, eine richtungsabhängige (anisotrope) Verteilung und geordnete Form der Materialien in den photovoltaischen Schichten zu erreichen.

Zur Erprobung der Forschungsergebnisse werden Strom-Spannungskurven unter definierten Strahlungsbedingungen erstellt. Dazu werden Testsolarzellen hergestellt, indem man die Nanokompositschicht zwischen einer transparenten (Indium-Zinnoxid-Elektrode) und einer Rückseitenelektrode, wie z. B. Aluminium, aufbringt, die das Messen des maximalen Stromflusses und der Photospannung ermöglicht. So können die Forschungsergebnisse praxisnah getestet werden – ein wichtiger Schritt zur Einführung in technologische Prozesse, an deren Ende die industrielle Herstellung von flexiblen und günstigen Solarzellen und Solarmodulen stehen wird. An der Realisierung dieses Ziels arbeiten die Forscher der TU Graz (Institut für Chemische Technologie von Materialien und Institut für Elektronenmikroskopie und Feinstrukturanalyse) gemeinsam mit der NanoTecCenter Weiz Forschungsgesellschaft.