{"id":66,"date":"2010-09-11T20:39:54","date_gmt":"2010-09-11T18:39:54","guid":{"rendered":"http:\/\/buergerliste-schierling.de\/3\/2010\/09\/11\/das-inga-raetsel-ist-geloest\/"},"modified":"2019-07-24T01:10:17","modified_gmt":"2019-07-23T23:10:17","slug":"das-inga-raetsel-ist-geloest","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/buergerliste-schierling.de\/2010\/09\/11\/das-inga-raetsel-ist-geloest\/","title":{"rendered":"Das INGA-R\u00e4tsel ist gel\u00f6st"},"content":{"rendered":"
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Theoretisch m\u00f6glicher Wirkungsgrad noch lange nicht erreicht<\/p>\n
D\u00fcnnschicht-Solarzellen haben einen stetig wachsenden Anteil am Photovoltaik-Markt. Da sie nur wenige Mikrometer dick sind, sparen sie Material- und Herstellungskosten. Den h\u00f6chsten Wirkungsgrad von derzeit etwa 20 Prozent erzielen CIGS-D\u00fcnnfilm-Solarzellen, in denen das Sonnenlicht durch eine d\u00fcnne Schicht absorbiert wird, die aus Kupfer, Indium, Gallium, Selen und Schwefel besteht. Der theoretisch m\u00f6gliche Wirkungsgrad sei aber noch lange nicht erreicht, betonen die Mainzer Forscher. In der Arbeitsgruppe von Prof. Dr. Claudia Felser werden an der Universit\u00e4t Mainz die Eigenschaften des CIGS-Materials, dessen genaue Formel Cu(In,Ga)(Se,S)2 lautet, mit Hilfe von Computersimulationen untersucht. Die Arbeiten sind Teil des vom Bundesministerium f\u00fcr Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit (BMU) gef\u00f6rderten comCIGS- Projektes, in dem die Firmen IBM Mainz und die Schott AG gemeinsam mit der Johannes Gutenberg-Universit\u00e4t Mainz, dem Helmholtz-Zentrum Berlin f\u00fcr Materialien und Energie und der Universit\u00e4t Jena an der Optimierung von CIGS-Solarzellen forschen. Dabei besch\u00e4ftigte die Wissenschaftler speziell das seit Jahren ungekl\u00e4rte Indium-<\/p>\n
Gallium-R\u00e4tsel: Obwohl bisherige Rechnungen ein optimales Indium- Gallium-Verh\u00e4ltnis von 30:70 vorhergesagt haben, finde man in der Praxis die h\u00f6chste Effizienz bei einem genau umgekehrten Verh\u00e4ltnis von 70:30.<\/p>\n
Unterst\u00fctzt durch die IBM Mainz stellte Christian Ludwig im Arbeitskreis Felser nun neue Rechnungen mit Hilfe eines Hybridverfahrens an, das eine Kombination aus Dichte-Funktional- Rechnungen und Monte-Carlo-Simulationen ist. „Mit Dichte-Funktional- Rechnungen werden quantenmechanisch die Energien lokaler Strukturen berechnet. Die Ergebnisse dienen dazu, um mit Monte-Carlo-Simulationen Temperatureffekte auf gro\u00dfen L\u00e4ngenskalen zu bestimmen“, erl\u00e4utert Dr. Thomas Gruhn, Leiter der Theoriegruppe im Arbeitskreis Felser, die verwendete Methode. Christian Ludwig bedient sich bei seinen Untersuchungen eines Gro\u00dfrechners, den die Universit\u00e4t k\u00fcrzlich von IBM im Rahmen eines Shared University Research (SUR) Wissenschaftspreises erhalten hat.<\/p>\n
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Produktion bei h\u00f6heren Temperaturen f\u00f6rdert die Homogenit\u00e4t des Materials<\/p>\n
Mit Hilfe der Simulationen wurde herausgefunden, dass die Indium- und Gallium-Atome nicht gleichm\u00e4\u00dfig im CIGS-Material verteilt sind. Knapp unterhalb der normalen Raumtemperatur existiere eine Phase, in der Indium und Gallium komplett getrennt vorliegen. Oberhalb der Entmischungstemperatur bilden sich verschieden gro\u00dfe Cluster aus Indium- oder Gallium-Atomen. Je h\u00f6her die Temperatur, desto homogener werde das Material. Es konnte nun gezeigt werden, dass das galliumreiche CIGS stets inhomogener als das indiumreiche CIGS ist. Die h\u00f6here Inhomogenit\u00e4t verschlechtert die optoelektronischen Eigenschaften des galliumreichen Materials, was zu der bis dato unverstandenen schlechten Effizienz der galliumreichen CIGS-Zellen beitr\u00e4gt. Aus den Berechnungen ergibt sich auch ein konkreter Hinweis f\u00fcr die Herstellung der CIGS-Solarzellen. Findet der Herstellungsprozess bei h\u00f6herer Temperatur statt, so wird das Material deutlich homogener. Wenn es danach hinreichend schnell abgek\u00fchlt wird, bleibt die gew\u00fcnschte Homogenit\u00e4t erhalten.<\/p>\n
In der Praxis war die Prozesstemperatur bisher stets durch die begrenzte Hitzebest\u00e4ndigkeit des Glases limitiert, das als Tr\u00e4germaterial f\u00fcr die Solarzellen dient. In dieser Hinsicht ist nun k\u00fcrzlich ein entscheidender Durchbruch gelungen. Die Schott AG hat ein spezielles Glas entwickelt, mit dem die Prozesstemperatur auf deutlich \u00fcber 600\u00b0C erh\u00f6ht werden konnte. Das Ergebnis sind wesentlich homogenere Zellen.<\/p>\n
Ein neuer Effizienzrekord f\u00fcr die Zellen sei damit zum Greifen nah, so die Mainzer Forscher. Aber das comCIGS-Projekt denke schon weiter. „Zurzeit wird an gro\u00dfformatigen Solarzellen gearbeitet, die die markt\u00fcblichen Zellen an Effizienz \u00fcberbieten sollen“, k\u00fcndigte Gruhn an. „Die Chancen daf\u00fcr stehen gut.“<\/p>\n
16.07.2010 | Quelle:\u00a0Johannes Gutenberg-Universit\u00e4t Mainz (JGU); Foto: Daystar | solarserver.de \u00a9 Heindl Server GmbH<\/p>\n<\/p><\/div>\n<\/p><\/div>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
Photovoltaik-Forschung: Durchbruch bei D\u00fcnnfilm-Solarzellen Wissenschaftlern der Johannes Gutenberg-Universit\u00e4t Mainz (JGU) ist ein wichtiger Durchbruch bei der Suche nach effizienteren D\u00fcnnschicht-Solarzellen gelungen. Computersimulationen zum so genannten Indium- Gallium-R\u00e4tsel weisen einen neuen Weg zur Effizienzsteigerung von CIGS-D\u00fcnnfilm-Solarzellen, berichtet drei Universit\u00e4t in einer Pressemitteilung. Bisher liege der Wirkungsgrad der CIGS- Zellen bei etwa 20 Prozent, w\u00e4hrend im Prinzip Wirkungsgrade von \u00fcber 30 Prozent<\/p>\n","protected":false},"author":6,"featured_media":0,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":[],"categories":[23],"tags":[],"yoast_head":"\n