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Fotovoltaik Ultradünnes transparentes Material bietet hohes Potenzial für Solarzellen

| Redakteur: Franz Graser

Ein Forscherteam unter Federführung der University of Minnesota hat ein transparentes Dünnschicht-Halbleitermaterial entdeckt, das die höchste elektrische Leitfähigkeit seiner Klasse aufweist. Das Material könnte kleinere und schnellere elektronische Schaltungen sowie effizientere Solarzellen ermöglichen.

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Flexible Dünnschichtsolarzellen: Das unter Federführung der University of Minnesota entdeckte Material auf Basis von Barium-Zinn-Trioxid weist die höchste elektrische Leitfähigkeit seiner Klasse auf und ist zudem transparent. Damit eignet es sich etwa für Displays, aber auch für den Einsatz in der Photovoltaik.
Flexible Dünnschichtsolarzellen: Das unter Federführung der University of Minnesota entdeckte Material auf Basis von Barium-Zinn-Trioxid weist die höchste elektrische Leitfähigkeit seiner Klasse auf und ist zudem transparent. Damit eignet es sich etwa für Displays, aber auch für den Einsatz in der Photovoltaik.

Nach Informationen der beteiligten Wissenschaftler weist das Material eine hohe elektrische Leitfähigkeit sowie eine große Bandlücke auf. Dank dieser großen Bandlücke ist das Material optisch transparent.

Die meisten transparenten und leitfähigen Materialien, die derzeit eingesetzt werden, verwenden das chemische Element Indium. Der Preis für Indium ist jedoch über die letzten beiden Jahrzehnte stark gestiegen. Aus diesem Grund wurden große Anstrengungen unternommen, Alternativen zu dem Element zu finden, um transparente leitfähige Materialien herzustellen.

Die Lösung lag in der Synthese eines transparenten dünnen elektrisch leitenden Filmes aus BaSnO3 (Barium-Zinn-Trioxid). Hierfür wurde allerdings anstelle von reinem Zinn ein chemischer Präkursor von Zinn verwendet. Dieser Präkursor besitzt Eigenschaften, die die chemische Reaktionsfähigkeit und den Formationsprozess des Metalloxids verbesserten. Sowohl Barium und Zinn sind deutlich preiswerter als Indium und in großen Mengen verfügbar.

Der Materialwissenschaftler Abhinav Prakash, Hauptautor des wissenschaftlichen Artikels zu diesem Thema, sagt: „Wir waren sehr überrascht, wie gut dieser unkonventionelle Ansatz mit dem Präkursor gleich im ersten Anlauf funktionierte. Es war ein großes Risiko, aber es war auch ein großer Durchbruch für uns.“

Professor Bharat Jalan, Professor für Chemie und Materialwissenschaften an der Universität von Minnesota, freut sich: „Die hohe Leitfähigkeit und die breite Bandlücke machen das Material ideal für die Herstellung optisch transparenter und leitfähiger Filme, die in zahlreichen elektronischen Geräten eingesetzt werden können. Dazu zählen Displays, Touch-Screens und sogar Solarzellen.“

Der verwendete Prozess erlaubte es den Wissenschaftlern, die Dicke und die Zusammensetzung des Materials in hohem Maße zu kontrollieren. Der Prozess ist darüber hinaus reproduzierbar und skalierbar. Der nächste Schritt ist es demnach, die Defekte auf der atomaren Ebene des Dünnfilm-Materials zu reduzieren.

Professor Jalan schließt: „Obwohl dieses Material die beste Leitfähigkeit seiner Klasse aufweist, gibt es noch viele Möglichkeiten zur Verbesserung. Darüber hinaus existiert das Potenzial, neue physikalische Eigenschaften zu entdecken, wenn wir die Zahl der Defekte weiter reduzieren. Das ist unser nächstes Ziel.“

Die Studie zu diesem Thema wurde im Online-Magazin Nature Communications veröffentlicht.

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