DE102005062674A1 - Kompositzusammensetzung für eine Solarzelle, p-i-n-Halbleiterstruktur, enthaltend diese Zusammensetzung, Solarzelle und Verfahren zur Herstellung von Kompositzusammensetzungen - Google Patents
Kompositzusammensetzung für eine Solarzelle, p-i-n-Halbleiterstruktur, enthaltend diese Zusammensetzung, Solarzelle und Verfahren zur Herstellung von Kompositzusammensetzungen Download PDFInfo
- Publication number
- DE102005062674A1 DE102005062674A1 DE102005062674A DE102005062674A DE102005062674A1 DE 102005062674 A1 DE102005062674 A1 DE 102005062674A1 DE 102005062674 A DE102005062674 A DE 102005062674A DE 102005062674 A DE102005062674 A DE 102005062674A DE 102005062674 A1 DE102005062674 A1 DE 102005062674A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- matrix
- electron
- composition according
- guest material
- donor
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims abstract description 170
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 title claims abstract description 145
- 239000000203 mixture Substances 0.000 title claims abstract description 108
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims abstract description 101
- 238000012546 transfer Methods 0.000 title claims abstract description 24
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims description 45
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 claims abstract description 40
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims abstract description 21
- 239000006096 absorbing agent Substances 0.000 claims abstract description 12
- SBIBMFFZSBJNJF-UHFFFAOYSA-N selenium;zinc Chemical group [Se]=[Zn] SBIBMFFZSBJNJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 12
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 claims abstract description 5
- 108010003118 Bacteriochlorophylls Proteins 0.000 claims abstract description 3
- DSJXIQQMORJERS-AGGZHOMASA-M bacteriochlorophyll a Chemical compound C1([C@@H](C(=O)OC)C(=O)C2=C3C)=C2N2C3=CC([C@H](CC)[C@H]3C)=[N+]4C3=CC3=C(C(C)=O)C(C)=C5N3[Mg-2]42[N+]2=C1[C@@H](CCC(=O)OC\C=C(/C)CCC[C@H](C)CCC[C@H](C)CCCC(C)C)[C@H](C)C2=C5 DSJXIQQMORJERS-AGGZHOMASA-M 0.000 claims abstract description 3
- 229930002875 chlorophyll Natural products 0.000 claims abstract description 3
- 235000019804 chlorophyll Nutrition 0.000 claims abstract description 3
- ATNHDLDRLWWWCB-AENOIHSZSA-M chlorophyll a Chemical compound C1([C@@H](C(=O)OC)C(=O)C2=C3C)=C2N2C3=CC(C(CC)=C3C)=[N+]4C3=CC3=C(C=C)C(C)=C5N3[Mg-2]42[N+]2=C1[C@@H](CCC(=O)OC\C=C(/C)CCC[C@H](C)CCC[C@H](C)CCCC(C)C)[C@H](C)C2=C5 ATNHDLDRLWWWCB-AENOIHSZSA-M 0.000 claims abstract description 3
- 238000004768 lowest unoccupied molecular orbital Methods 0.000 claims description 76
- 238000004770 highest occupied molecular orbital Methods 0.000 claims description 65
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 35
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 26
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 26
- 229910021424 microcrystalline silicon Inorganic materials 0.000 claims description 24
- 230000007704 transition Effects 0.000 claims description 22
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 20
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 18
- 230000005284 excitation Effects 0.000 claims description 13
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 13
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 12
- 239000002800 charge carrier Substances 0.000 claims description 11
- 239000000049 pigment Substances 0.000 claims description 11
- 239000012860 organic pigment Substances 0.000 claims description 7
- 230000006798 recombination Effects 0.000 claims description 7
- 238000005215 recombination Methods 0.000 claims description 7
- 229910021476 group 6 element Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000012071 phase Substances 0.000 claims description 6
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims description 6
- XMWRBQBLMFGWIX-UHFFFAOYSA-N C60 fullerene Chemical group C12=C3C(C4=C56)=C7C8=C5C5=C9C%10=C6C6=C4C1=C1C4=C6C6=C%10C%10=C9C9=C%11C5=C8C5=C8C7=C3C3=C7C2=C1C1=C2C4=C6C4=C%10C6=C9C9=C%11C5=C5C8=C3C3=C7C1=C1C2=C4C6=C2C9=C5C3=C12 XMWRBQBLMFGWIX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 claims description 5
- 229910003472 fullerene Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 238000002161 passivation Methods 0.000 claims description 5
- AZQWKYJCGOJGHM-UHFFFAOYSA-N 1,4-benzoquinone Chemical compound O=C1C=CC(=O)C=C1 AZQWKYJCGOJGHM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910005329 FeSi 2 Inorganic materials 0.000 claims description 4
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- YTPLMLYBLZKORZ-UHFFFAOYSA-N Thiophene Chemical compound C=1C=CSC=1 YTPLMLYBLZKORZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims description 4
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 claims description 4
- 239000002071 nanotube Chemical group 0.000 claims description 4
- 150000004032 porphyrins Chemical class 0.000 claims description 4
- 238000000137 annealing Methods 0.000 claims description 3
- 230000003993 interaction Effects 0.000 claims description 3
- 229910004613 CdTe Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910004262 HgTe Inorganic materials 0.000 claims description 2
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 230000002745 absorbent Effects 0.000 claims description 2
- 239000002250 absorbent Substances 0.000 claims description 2
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims description 2
- 238000001027 hydrothermal synthesis Methods 0.000 claims description 2
- 238000005224 laser annealing Methods 0.000 claims description 2
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 claims description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 2
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 claims description 2
- 230000005501 phase interface Effects 0.000 claims description 2
- IEQIEDJGQAUEQZ-UHFFFAOYSA-N phthalocyanine Chemical compound N1C(N=C2C3=CC=CC=C3C(N=C3C4=CC=CC=C4C(=N4)N3)=N2)=C(C=CC=C2)C2=C1N=C1C2=CC=CC=C2C4=N1 IEQIEDJGQAUEQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229920000123 polythiophene Polymers 0.000 claims description 2
- 229910021332 silicide Inorganic materials 0.000 claims description 2
- -1 silicide compound Chemical class 0.000 claims description 2
- 238000003980 solgel method Methods 0.000 claims description 2
- 238000004729 solvothermal method Methods 0.000 claims description 2
- 230000001629 suppression Effects 0.000 claims description 2
- 229930192474 thiophene Natural products 0.000 claims description 2
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000011701 zinc Substances 0.000 claims description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims 1
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 claims 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 4
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 24
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 18
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 8
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 6
- 238000001237 Raman spectrum Methods 0.000 description 5
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 5
- BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N Silane Chemical compound [SiH4] BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 4
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 4
- 229910000077 silane Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 4
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 4
- 229910021417 amorphous silicon Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 3
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 3
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 3
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 3
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000009471 action Effects 0.000 description 2
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 2
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 2
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 2
- 150000004770 chalcogenides Chemical class 0.000 description 2
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- 239000000498 cooling water Substances 0.000 description 2
- 229910021419 crystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 238000005137 deposition process Methods 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 2
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 2
- 238000004050 hot filament vapor deposition Methods 0.000 description 2
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 238000005240 physical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 1
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 description 1
- 230000002860 competitive effect Effects 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 230000008094 contradictory effect Effects 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000005281 excited state Effects 0.000 description 1
- 239000010408 film Substances 0.000 description 1
- 229910021478 group 5 element Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 238000010348 incorporation Methods 0.000 description 1
- 239000008384 inner phase Substances 0.000 description 1
- 229910052809 inorganic oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004886 process control Methods 0.000 description 1
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 1
- 230000027756 respiratory electron transport chain Effects 0.000 description 1
- 230000000717 retained effect Effects 0.000 description 1
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 1
- 150000003376 silicon Chemical class 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 230000004083 survival effect Effects 0.000 description 1
- 238000005496 tempering Methods 0.000 description 1
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 description 1
- 238000007740 vapor deposition Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/0248—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies
- H01L31/036—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their crystalline structure or particular orientation of the crystalline planes
- H01L31/0384—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their crystalline structure or particular orientation of the crystalline planes including other non-monocrystalline materials, e.g. semiconductor particles embedded in an insulating material
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y10/00—Nanotechnology for information processing, storage or transmission, e.g. quantum computing or single electron logic
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
- H01L31/06—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by at least one potential-jump barrier or surface barrier
- H01L31/075—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by at least one potential-jump barrier or surface barrier the potential barriers being only of the PIN type
- H01L31/077—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by at least one potential-jump barrier or surface barrier the potential barriers being only of the PIN type the devices comprising monocrystalline or polycrystalline materials
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
- H10K30/00—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation
- H10K30/40—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation comprising a p-i-n structure, e.g. having a perovskite absorber between p-type and n-type charge transport layers
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
- H10K30/00—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation
- H10K30/10—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation comprising heterojunctions between organic semiconductors and inorganic semiconductors
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
- H10K30/00—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation
- H10K30/30—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation comprising bulk heterojunctions, e.g. interpenetrating networks of donor and acceptor material domains
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
- H10K30/00—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation
- H10K30/50—Photovoltaic [PV] devices
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
- H10K85/00—Organic materials used in the body or electrodes of devices covered by this subclass
- H10K85/20—Carbon compounds, e.g. carbon nanotubes or fullerenes
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
- H10K85/00—Organic materials used in the body or electrodes of devices covered by this subclass
- H10K85/30—Coordination compounds
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
- Y02E10/547—Monocrystalline silicon PV cells
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
- Y02E10/549—Organic PV cells
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- Mathematical Physics (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Photovoltaic Devices (AREA)
Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kompositzusammensetzung, umfassend mindestens ein Halbleitermaterial als Matrix und mindestens eine darin eingelagerte Domäne mindestens eines Gastmaterials, das geeignet ist, Strahlung mindestens einer Wellenlänge zu absorbieren und unter Strahlungseinwirkung zumindest ein Elektron-Loch-Paar zu erzeugen, wobei mindestens eine Domäne des eingelagerten Gastmaterials derart dimensioniert ist, daß die durchschnittliche Lebensdauer des in dem Gastmaterial durch Strahlungseinwirkung erzeugbaren Elektron-Loch-Paares für einen Transfer des Elektron-Loch-Paares in das Matrixmaterial ausreicht. DOLLAR A Ferner betrifft die Erfindung eine p-i-n-Halbleiterstruktur, bei der das intrinsische Halbleitermaterial eine Zusammensetzung gemäß einem der vorangehenden Ansprüche umfaßt. DOLLAR A Auch betrifft die Erfindung eine photovoltaische Solarzelle, umfassend mindestens eine erfindungsgemäße p-i-n-Halbleiterstruktur. DOLLAR A Schließlich betrifft die Erfindung Verfahren zur Herstellung erfindungsgemäßer Kompositzusammensetzungen.
Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kompositzusammensetzung, umfassend mindestens ein Halbleitermaterial als Matrix und mindestens eine darin eingelagerte Domäne mindestens eines Gastmaterials, das geeignet ist, Strahlung mindestens einer Wellenlänge zu absorbieren und unter Strahlungseinwirkung zumindest ein Elektron-Loch-Paar zu erzeugen. Ferner betrifft die Erfindung eine p-i-n-Halbleiterstruktur, enthaltend diese Zusammensetzung, eine Solarzelle und ein Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Kompositzusammensetzung.
- Häufig werden für Solarzellen sich zum Teil widersprechende Eigenschaften von einem einzigen Material gefordert. Kristalline Siliziumschichten weisen im allgemeinen für Solarzellenanwendungen eine zu geringe Absorption auf, da Silizium ein Halbleiter mit einer indirekten Bandlücke zwischen dem Valenzband und dem Leitungsband ist. Gleichzeitig verfügt Silizium allerdings gerade aufgrund dieser indirekten Bandlücke über eine hohe intrinsische Ladungsträgerlebensdauer. Demgemäß sind ein- und multikristalline Siliziumschichtmaterialien für Solarzellen bislang stets mindestens ca. 300 μm dick und daher sehr aufwendig und teuer in der Herstellung. Amorphes Silizium bringt hingegen Stabilitätsprobleme mit sich.
- Um die Absorption und den Transport von Ladungsträgern zu trennen, schlägt die
EP 0 525 070 B1 den Einsatz farbstoffsensibilisierter Solarzellen vor. Hierbei bildet ein Farbstoffabsorber eine monomolekulare Schicht, und es werden, um eine genügend starke Absorption zu erreichen, poröse Schichten aus nanokristallinem TiO2 eingesetzt. Zusätzlich muß die Oberfläche dieser monomolekularen Schicht an einen Elektrolyten grenzen, in den ein durch Lichtabsorption im Farbstoffabsorber erzeugtes Loch eines Elektron-Loch-Paares injiziert und zu einem Rückkontakt transportiert wird. Das angeregte Elektron des Elektron-Loch-Paares wird in ein Leitungsband eines oxidischen Halbleiters injiziert. Das Elektron und das Loch des angeregten Elektron-Loch-Paares sind demgemäß in zwei unterschiedliche Materialien zu injizieren, wodurch die Absorption auf eine einzelne Grenzfläche beschränkt ist. - Für ein Absorbermaterial mit nur einer Bandlücke liegt ein maximal zu erwartender Energie-Wirkungsgrad nach H.J. Queisser und W. Shockley, „Detailed Balance Limit of Efficiency of p-n Junction Solar Cells", Journal of Applied Physics, Vol. 32, Nr. 3, März 1961, bei ca. 33%. Dieser Wirkungsgrad kann je nach Anzahl weiterer zur Absorption, zum Beispiel in Tandemanordnung genutzter Bandlücken auf theoretisch bis zu 86% ansteigen. Der Wirkungsgrad, der mit einer praktisch realisierbaren Anzahl von drei unterschiedlichen Absorberübergängen erreicht werden kann, liegt bei ca. 63%. Dieses Konzept der Mehrphotonenabsorption machen sich die sogenannten "third generation solar cells" zu eigen, bei denen zusätzliche Energiebänder in eine Energielücke des Halbleiters eingebaut werden, um unterschiedliche Photonen mit ihren jeweiligen chemischen Potentialen nutzen zu können. Ein Ansatz ist hier die Erzeu gung von Defekt- oder Zwischenbänden durch Abspaltung eines Bandes aus einem Leitungsband. Dieses gelingt beispielsweise durch die Einlagerung von Sauerstoff in II-VI-Halbleiter, woraus Verbindungen wie ZnMnOTe oder CdMgOTe resultieren. Eine Schwierigkeit besteht hierbei darin, angeregte Ladungsträger lange genug im Zwischenband davon abzuhalten, in das Valenzband zu rekombinieren, um anstattdessen mittels Anregung durch ein weiteres Photon in das Leitungsband zu gelangen. Als besonders nachteilig haben sich strahlungslose Rekombinationsprozesse erwiesen, die das obige Konzept in Frage stellen.
- Während die theoretischen Prinzipien für die Erreichung höherer Wirkungsgrade bekannt sind, gibt es bislang, abgesehen von den extrem teuren Tandem- oder Triple-Solarzellen, bei denen Absorber mit abnehmender Energielücke hintereinander geschaltet werden, kaum geeignete Ansätze, die die praktische Realisierbarkeit aufzeigen.
- In der
US 6,852,920 B2 wird eine Solarzelle mit einer Nano-Architektur offenbart, in der sich zwei oder mehrere unterschiedliche Materialien mit unterschiedlichen Elektronenaffinitäten regelmäßig abwechseln. Beispielsweise werden Photonen absorbiert und in Paare von Löchern und Elektronen konvertiert, die durch die unterschiedlichen Elektronenaffinitäten getrennt abtransportiert werden. Die Nano-Architektur derUS 6,852,920 B2 wird durch eine mesoporöse Vorlage hergestellt. - In dem Artikel "Electronic energy levels of organic dyes on silicon" von Ulrich Weiler et al., Journal of Physical Chemistry, 2004, Seiten 19398 bis 19403, wird vorgeschlagen, Pigmentartikel in Silizium zu integrieren, um ein Hybridmaterial zu erhalten, das die guten Absorptionsfähigkeiten von Pigmenten und die guten Ladungstransporteigenschaften von Silizium kombiniert. In diesem Zusammenhang wird eine durch Aufdampfen von Pigmenten auf eine Siliziumprobe erhaltene Schichtstruktur offenbart. Ferner ist aus einer Veröffentlichung der Volkswagen Stiftung, "Impulse für die Wissenschaft 2004", Seiten 19 und 20, bekannt, Farbstoffmoleküle als Absorberteilchen in eine Siliziumhalbleiterschicht einzubringen, damit auch in der dünnen Schicht genug Licht absorbiert wird.
- Aufgabe der Erfindung ist es daher, die gattungsgemäße Zusammensetzung derart weiterzuentwickeln, daß sie die Nachteile des Stands der Technik überwindet, insbesondere die optische Absorption von Solarzellen verbessert. Insbesondere sollen der Wirkungsgrad von Solarzellen erhöht werden und sich einfachere Bauelementstrukturen realisieren lassen. Ferner ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung geeigneter Solarzellenmaterialien zur Verfügung zu stellen.
- Die die Kompositzusammensetzung betreffende Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß mindestens eine Domäne des eingelagerten Gastmaterials derart dimensioniert ist, daß die durchschnittliche Lebensdauer des in dem Gastmaterial durch Strahlungseinwirkung erzeugbaren Elektron-Loch-Paares für einen Transfer des Elektron-Loch-Paares in das Matrixmaterial ausreicht.
- Der Erfindung liegt die überraschende Erkenntnis zugrunde, daß eine Kompositzusammensetzung, die ein Matrixmaterial und mindestens eine darin eingelagerte Domäne mindestens eines absorbierenden Gastmaterials, beispielsweise eines organischen Farbstoffpigments oder eines anorganischen Halbleiterclusters, umfaßt, geeignet ist, Photovoltaik-Solarzellen mit sehr hohem Wirkungsgrad auf konstruktiv einfache Weise verfügbar zu machen. So wird nach einem Energie- oder Ladungstransfer die Trennung von Ladungsträgern von dem Matrixmaterial, also insbesondere von einer homogenen Halbleiterschicht, übernommen. Die Wellenlänge der absorbierten Strahlung sollte derart sein, daß sie es ermöglicht, ein Elektron-Loch-Paar in dem Gastmaterial zu erzeugen. Erfindungsgemäß dient das Gastmaterial im wesentlichen zur Absorption von Strahlung unter Strahlungseinwirkung und beteiligt sich in der Regel nicht am Transport der erzeugten Ladungen. Mit der erfindungsgemäßen Zusammensetzung wird die Funktion der Strahlungsabsorption von der der Ladungsträgertrennung bzw. dem Ladungsträgertransport getrennt. Dieses hat unter anderem auch den Vorteil, daß die unterschiedlichen Materialien, also das Gastmaterial einerseits und das Matrixmaterial andererseits, unabhängig voneinander optimiert werden können. Bei den erfindungsgemäßen Kompositzusammensetzungen findet die Absorption von Strahlung mindestens einer Wellenlänge aufgrund der in die Matrix eingelagerten Domänen bevorzugt im Volumen selber statt. Das Gastmaterial wird vorzugsweise so gewählt, daß Strahlung im Bereich der terrestrischen Sonnenstrahlung ausreicht, um ein Elektron-Loch-Paar zu erzeugen.
- Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die durchschnittliche Diffusionslänge des in einer Domäne gebildeten Elektron-Loch-Paares größer ist als der durchschnittliche Durchmesser der Domäne. Die Diffusionslänge bzw. die Lebensdauer eines Elektrons bzw. eines Lochs im Gastpartikel bzw. dem Gastmaterial hängt im allgemeinen von diesem Material und der Materialqualität ab.
- Für organische Pigmente bzw. ein organisches Gastmaterial sollte möglichst eine kleine Partikelgröße angestrebt werden, um einen effektiven Ladungstransfer des Elektrons bzw. des Lochs in die Matrix zu ermöglichen.
- Dabei kann vorgesehen sein, daß der Übergang Domäne/Matrix zumindest bereichsweise derart ist, daß eine Ladungsträgerrekombination vollständig oder partiell unterdrückt wird.
- Die Grenzfläche zwischen dem eingelagerten Gastmaterial und dem Wirtsmaterial, insbesondere Silizium, sollte möglichst frei von Rekombinationszuständen präpariert werden, so daß an einer inneren Phasengrenze, insbesondere zwischen dem Gastmaterial und dem Matrixmaterial, keine oder nahezu keine effektive Ladungsträgerrekombination zu erwarten ist.
- Erfindungsgemäß wird demgemäß auch vorgeschlagen, daß zur Unterdrückung der Ladungsträgerrekombination a) der Übergang Domäne/Matrix, insbesondere die Phasengrenzfläche, zumindest bereichsweise H-passiviert ist, b) die eingelagerten Gastmaterialdomänen kongruent in die Matrix eingewachsen sind und/oder c) mindestens eine Domäne zumindest bereichsweise mindestens eine Passivierungsschicht aufweist. Eine H-Passivierung stellt z.B. eine Absättigung von Silizium-Bindungsstellen an einer Ober- bzw. Grenzfläche dar. Eine solche Absättigung kann beispielsweise während eines Herstellungsverfahrens durch Zugeben von Wasserstoff als Prozeßgas erreicht werden.
- In einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kompositzusammensetzung (nachfolgend auch erste Ausgestaltung der Erfindung bzw. kurz erste Ausgestaltung genannt) stellt das Halbleitermaterial der Matrix einen indirekten Halbleiter dar. Ein indirekter Halbleiter weist üblicherweise aufgrund seiner Bandstruktur von Leitungsband und Valenzband gute Leitungseigenschaften auf. Die intrinsische Ladungsträgerlebensdauer und damit die Diffusionslänge sind im allgemeinen hinreichend hoch, um als Matrixmaterial in Betracht zu kommen.
- Bevorzugt umfaßt das indirekte Halbleitermaterial der Matrix kristallines, insbesondere mikrokristallines, Silizium. Die erfindungsgemäße Zusammensetzung gemäß der ersten Ausgestaltung ermöglicht insbesondere für Dünnschichtsolarzellen aus Silizium eine hohe Absorptivität, beispielsweise mit Pigmenten als Gastmaterial, wobei die guten Transporteigenschaften von Silizium beibehalten werden.
- Insbesondere für die erste Ausgestaltung der Kompositzusammensetzung wird vorzugsweise auf ein Gastmaterial zurückgegriffen, von dessem Valenzband oder HOMO aus ein Loch eines Elektron-Loch-Paares in das Valenzband der Matrix, insbesondere energetisch begünstigt, transferierbar ist, und von dessem Leitungsband oder LUMO aus ein Elektron des Elektron-Loch-Paares in das Leitungsband der Matrix, insbesondere energetisch begünstigt, transferierbar ist. Ein Elektron wird durch Absorption eines Photons von dem HOMO bzw. dem Valenzband in das LUMO bzw. das Leitungsband des Gastmaterials transportiert. Das Valenzband bzw. HOMO des Gastmaterials weist im allgemeinen ein niedrigeres Energieniveau als das Valenzband der Matrix, so daß das Loch eines erzeugten Elektron-Loch-Paares ohne eine Energiebarriere in das Valenzband der Matrix übertragen werden kann. Ebenso ist das Leitungsband bzw. LUMO des Gastmaterials bevorzugterweise energetisch über dem Leitungsband der Matrix angeordnet, so daß das Elektron des Elektron-Loch-Paares ebenfalls ohne energetische Barriere ins Leitungsband der Matrix übertragen werden kann.
- Gemäß einer Weiterentwicklung der ersten Ausgestaltung kann vorgesehen sein, daß die im Gastmaterialien durch Anregung eines Elektron-Loch-Paares absorbierte Strahlungsenergie in die Matrix über eine Dipol-Dipol-Wechselwirkung oder über einen Exzitonen-Transfer transferierbar ist. Folglich erlaubt diese Orbitalanordnung, also die Anordnung des LUMO oder HOMO bzw. des Leitungsbands oder Valenzbands des Gastmaterials relativ zu dem Leitungsband und Valenzband der Matrix, einen direkten, energetisch begünstigten Transfer von Exzitonen, d.h. von angeregten Elektronen bzw. Löchern, um vom Gastmaterial in die Matrix zu gelangen (Dexter-Transfer). Wird die Anregungsenergie über eine Dipol-Dipol-Wechselwirkung vom Gastmaterial in die Matrix transferiert spricht man auch von einem sogenannten Förster-Transfer.
- In einer bevorzugten Ausführungsform kann vorgesehen sein, daß das Gastmaterial mindestens ein direktes Halbleitermaterial umfaßt. Vorzugsweise wird ein solches Gastmaterial in der ersten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Kompositzusammensetzung zusammen mit einem indirekten Halbleiter als Matrix, insbesondere mikrokristallinem Silizium, eingesetzt.
- Eine weitere, bevorzugte Ausführungsform kann dabei vorsehen, daß das Gastmaterial mindestens einen absorbierenden Verbindungshalbleiter aus einem Element der Gruppe II und einem Element der Gruppe VI und/oder mindestens einen absorbierenden Verbindungshalbleiter aus einem Element der Gruppe III und einem Element der Gruppe V umfaßt. Vorzugsweise wird ein solches Gastmaterial in der ersten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Kompositzusammensetzung mit einer Matrix aus einem indirekten Halbleiter, insbesondere mikrokristallinem Silizium, eingesetzt.
- Auch kann alternativ vorgesehen sein, daß das Gastmaterial mindestens eine halbleitende Metall-Silizidverbindung, insbesondere FeSi2, vorzugsweise eingelagert als Cluster, umfaßt. Vorzugsweise wird ein solches Gastmaterial in der ersten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Kompositzusammensetzung zusammen mit einer Matrix aus einem indirekten Halbleiter, insbesondere mikrokristallinem Silizium, eingesetzt.
- In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird vorgeschlagen, daß das Gastmaterial mindestens ein organisches Pigment, insbesondere Porphyrine und/oder Phtalocyanine, und/oder organische Halbleiter, insbesondere Polythiophene, umfaßt. Vorzugsweise wird auch ein solches Gastmaterial in der ersten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Kompositzusammensetzung zusammen mit einer Matrix aus einem indirekten Halbleiter, insbesondere mikrokristallinem Silizium, eingesetzt.
- In einer besonders bevorzugten Ausführungsform gemäß der ersten Ausgestaltung umfaßt die erfindungsgemäße Kompositzusammensetzung als eingelagertes Gastmaterial Zinkphtalocyanin (ZnPc) und als Halbleitermaterial der Matrix mikrokristallines Silizium.
- Weiter kann alternativ vorgesehen sein, daß das Gastmaterial eine organische Nanostruktur, insbesondere in Form von Fullerenen oder Nanoröhrenstrukturen, umfaßt. Vorzugsweise wird auch ein solches Gastmaterial in der ersten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Kompositzusammensetzung zusammen mit einer Matrix aus einem indirekten Halbleiter, insbesondere mikrokristallinem Silizium, eingesetzt.
- Ferner ist alternativ bevorzugt, daß das Gastmaterial eine anorganische Nanostruktur, insbesondere in Form von von Fullerenen oder Nanoröhrenstrukturen, vorzugsweise MoS2, umfaßt. Vorzugsweise wird auch ein solches Gastmaterial in der ersten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Kompositzusammensetzung zusammen mit einer Matrix aus einem indirekten Halbleiter, insbesondere mikrokristallinem Silizium, eingesetzt.
- In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kompositzusammensetzung (nachfolgend auch zweite Ausgestaltung der Erfindung oder kurz zweite Ausgestaltung genannt) stellt das Halbleitermaterial der Matrix einen direkten Halbleiter dar. Durch die Verwendung eines direkten Halbleiters ist es möglich, einen weiteren Photonenübergang vom Valenzband zum Leitungsband der Matrix bereitzustellen.
- Dabei umfaßt das Halbleitermaterial der Matrix bevorzugt anorganische oxidische und/oder chalkogenische Materialien.
- Bevorzugt wird in diesem Zusammenhang auf Verbindungshalbleiter aus Elementen der Gruppen II und VI des Periodensystems der Elemente zurückgegriffen.
- Insbesondere für die zweite Ausgestaltung der Kompositzusammensetzung kommt vorzugsweise ein Gastmaterial zum Einsatz, das ein zur Mehrphotonenabsorption befähigtes Donor/Akzeptor-System darstellt. Beispielsweise sind mit in oxidischen oder Chalkogenidhalbleitern als Matrixmaterial eingelagerten Donor/Akzeptor-Systemen bei Absorption von Strahlung mehrere Photonenübergänge möglich, wodurch sich sehr hohe Wirkungsgrade realisieren lassen. Mit einem in einem Matrixmaterial eingelagerten Donor/Akzeptor-Gastmaterial mit einer großen Bandlücke ist es möglich, unterschiedliche Photonen mit unterschiedlicher Energie bzw. Wellenlänge mit ihren chemischen Potentialen für eine Energieumwandlung von Strahlung zu elektrischer Energie zu nutzten. Auch können zusätzlich zu Mehrphotonenübergängen mit kleiner Energie in dem Donor/Akzeptor-Gastmaterial direkte optische Übergänge im Matrixmaterial genutzt werden.
- Ferner ist für die zweite Ausgestaltung der Kompositzusammensetzung ein Donor/Akzeptor-Gastmaterial bevorzugt, bei dem von einem HOMO des Donors aus ein Loch eines Elektron-Loch-Paares in das Valenzband der Matrix, insbesondere energetisch begünstigt, transferierbar ist, bei dem ferner von einem LUMO des Donors aus ein Elektron des Elektron-Loch-Paares in ein erstes LUMO des Akzeptors, insbesondere energetisch begünstigt, transferierbar ist, bei dem ferner von einem zweiten LUMO des Akzeptors aus das Elektron in das Leitungsband der Matrix, insbesondere energetisch begünstigt, transferierbar ist. Bevorzugt wird hierbei ein Elektron, das sich im HOMO eines Donors befindet, das unterhalb des Energieniveaus des Valenzbands der Matrix angeordnet ist, durch ein erstes Photon in das LUMO des Donors transportiert. Ferner hat bei dieser Variante ein Elektron im LUMO des Donors im allgemeinen über eine höhere Energie zu verfügen als ein Elektron im ersten LUMO des Akzeptors, so daß das Elektron im LUMO des Donors in das erste LUMO des Akzeptors übertragen werden kann. Durch ein zweites zu absorbierendes Photon kann das Elektron dann in das zweite LUMO des Akzeptors übertragen werden. Da dieses im allgemeinen ein höheres Energieniveau als das Leitungsband der Matrix aufweist, findet dann schließlich ein Transfer des Elektrons in dessen Leitungsband statt.
- Des weiteren ist für die zweite Ausgestaltung der Kompositzusammensetzung ein Donor/Akzeptor-Gastmaterial bevorzugt, bei dem von einem HOMO des Donors aus ein Loch eines Elektron-Loch-Paares in das Valenzband der Matrix, insbesondere energetisch begünstigt, transferierbar ist, von einem LUMO des Donors aus ein Elektron des Elektron-Loch-Paares in ein erstes LUMO des Akzeptors, insbesondere energetisch begünstig, transferierbar ist, und von einem zweiten energetisch höheren, unbesetzten Orbital (SUMO) des Akzeptors aus das Elektron in das Leitungsband der Matrix, insbesondere energetisch begünstigt, transferierbar ist. Bevorzugt wird hierbei ein Elektron, das sich im HOMO des Donors befindet, das unterhalb des Energieniveaus des Valenzbands der Matrix angeordnet ist, durch ein erstes Photon in das LUMO des Donors transportiert. Ferner hat bei dieser Variante ein Elektron im LUMO des Donors im allgemeinen über eine höhere Energie zu verfügen als ein Elektron im LUMO des Akzeptors, so daß das Elektron im LUMO des Donors in das LUMO des Akzeptors übertragen werden kann. Durch ein zweites zu absorbierendes Photon kann das Elektron in das SUMO des Akzeptors übertragen werden. Da dieses im allgemeinen ein höheres Energieniveau als das Leitungsband der Matrix aufweist, findet dann anschließend ein Transfer des Elektrons in dessen Leitungsband statt.
- Auch ist für die zweite Ausgestaltung der Kompositenzusammensetzung ein Donor-Akzeptor-Gastmaterial bevorzugt, bei dem von einem LUMO des Donors aus ein Elektron eines Elektron-Loch-Paares in das Leitungsband der Matrix, insbesondere energetisch begünstigt, transferierbar ist, von einem HOMO des Donors aus ein Loch des Elektron-Loch-Paares in ein erstes HOMO des Akzeptors, insbesondere energetisch begünstigt, transferierbar ist, und von einem energetisch tieferen, besetzten Orbital (SOMO) des Akzeptors aus das Loch in das Valenzband der Matrix, insbesondere energetisch begünstigt, transferierbar ist. Somit ist es mit der erfindungsgemäßen Zusammensetzung ebenfalls möglich, daß ein Elektron, das sich im HOMO des Donors befindet, durch ein Photon angeregt wird, um dadurch zunächst in das LUMO des Donors transportiert und anschließend in das Valenzband der Matrix transferiert zu werden. Das Loch im HOMO des Donors kann anschließend in ein HOMO des Akzeptors übertragen werden, wenn das HOMO des Akzeptors für ein Loch energetisch günstiger angeordnet ist als das HOMO des Donors. Wird nunmehr ein zweites Photon absorbiert, so kann ein Elektron von dem SOMO des Akzeptors in das HOMO des Akzeptors und folglich das Loch von dem HOMO des Akzeptors zu dem SOMO des Akzeptors transferiert werden. Hierbei ist das SOMO des Akzeptors in der Regel energetisch niedriger angeordnet als das Valenzband der Matrix. Auf diese Weise kann das Loch von dem SOMO des Akzeptors in das Valenzband der Matrix gelangen.
- Des weiteren ist für die zweite Ausgestaltung der Kompositzusammensetzung ein Donor/Akzeptor-Gastmaterial bevorzugt, bei dem von einem HOMO eines Donors aus ein Loch eines ersten Elektron-Loch-Paares in das Valenzband der Matrix, insbesondere energetisch begünstigt, transferierbar ist, von einem LUMO des Akzeptors aus ein Elektron eines zweiten Elektron-Loch-Paares in das Leitungsband der Matrix, insbesondere energetisch begünstigt, transferierbar ist, und von einem LUMO des Donors aus ein Elektron des ersten Elektron-Loch-Paares in das HOMO des Akzeptors, insbesondere energetisch begünstigt, transferierbar ist. Bei dieser Ausführungsform kann somit ein Elektron, das sich im HOMO des Akzeptors befindet und durch Photonenanregung in das LUMO des Akzeptors transferiert wird, von dem LUMO des Akzeptors in das Leitungsband der Matrix übertragen werden. Durch ein zweites zu absorbierendes Photon kann sodann ein Elektron von dem HOMO des Donors in das LUMO des Donors übertragen werden, so daß anschließend das Loch im HOMO des Donors, das in der Regel energetisch niedriger als das Valenzband der Matrix angeordnet ist, in das Valenzband transferierbar ist. Das Elektron des durch das zweite Photon erzeugten Elektron-Loch-Paares kann, wenn das HOMO des Akzeptors energetisch niedriger als das LUMO des Donors angeordnet ist, in das HOMO des Akzeptors übertragen werden.
- Des weiteren wird mit der Erfindung vorgeschlagen, daß geeignete Donor/Akzeptor-Systeme mindestens ein organisches Farbpigment-System, insbesondere ein Porphyrin/Chinon-System und/oder ein Thiophen/Fulleren-System, aufweisen. Vorzugsweise wird ein solches Donor/Akzeptor-System in der zweiten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Kompositzusammensetzung mit einem direkten Halbleiter als Matrix eingesetzt.
- Dabei kann insbesondere vorgesehen sein, daß das Donor/Akzeptor-System eine Kombination aus mindestens einem ersten Verbindungshalbleiter aus einem Element der Gruppe II und einem Element der Gruppe VI und mindestens einem zweiten Verbindungshalbleiter aus einem Element der Gruppe II und einem Element der Gruppe VI umfaßt, insbesondere HgTe/CdTe. Vorzugsweise wird ein solches Donor/Akzeptor-System in der zweiten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Kompositzusammensetzung zusammen mit einem direkten Halbleiter als Matrix eingesetzt.
- Weiterhin kann das Donor/Akzeptor-System erfindungsgemäß eine Kombination aus mindestens einem ersten Verbindungshalbleiter aus einem Element der Gruppe III und einem Element der Gruppe V und mindestens einem zweiten Verbindungshalbleiter aus einem Element der Gruppe II und einem Element der Gruppe VI umfassen. Vorzugsweise wird auch ein solches Donor/Akzeptor-System in der zweiten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Kompositzusammensetzung zusammen mit einem direkten Halbleiter als Matrix eingesetzt.
- Ferner wird mit der Erfindung vorgeschlagen, daß in einer alternativen Ausführungsform das Donor/Akzeptor-System mindestens ein biologisches Absorbersystem, insbesondere Chlorophyll und/oder Bakteriochlorophyll, aufweist. Vorzugsweise wird auch ein solches Donor/Akzeptor-System in der zweiten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Kompositzusammensetzung zusammen mit einem direkten Halbleiter als Matrix eingesetzt.
- In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung gemäß der zweiten Ausgestaltung umfaßt die erfindungsgemäße Kompositzusammensetzung als eingelagertes Gastmaterial F16ZnPc und als direktes Halbleitermaterial der Matrix ZnSe.
- Als besonders vorteilhaft hat sich erwiesen, das Gewichtsverhältnis Halbleitermaterial der Matrix/Gastmaterial in einem Bereich von 2:1 bis 500:1, insbesondere von 5:1 bis 100:1, zu halten. Am bevorzugtesten ist ein Gewichtsverhältnis von etwa 10:1. Vorzugsweise werden solche Gewichtsverhältnisse mit einer Matrix aus einem indirekten Halbleiter, insbesondere mikrokristallinem Silizium, eingestellt.
- Die Gastmaterialdomänen liegen in der Matrix bevorzugt als eingelagerte Cluster vor. Unter Cluster im Sinne der vorliegenden Erfindung versteht man kleine homogene Phasenbereiche des Materials mit quasi Volumeneigenschaften in nanoskopischer Dimension, insbesondere bis zum Grenzfall isolierter molekularer Einheiten.
- Zusammenfassend sei festgestellt, daß die erfindungsgemäß in die Matrix eingelagerten Domänen mindestens eines Gastmaterials zum Beispiel in Form von Molekülen oder Clustern in der Kompositzusammensetzung gemäß der zweiten Ausgestaltung als zusätzliche Absorber (Generationszentren) für Strahlung dienen. Geeignete Gastmaterialien umfassen im allgemei nen organische Pigmente, Farbstoffsysteme oder anorganische Halbleiter mit einer hohen Absorptivität, beispielsweise direkte Halbleiter, mit zusätzlichen optischen Übergängen. Das Matrixmaterial, auch Wirtsmaterial genannt, kann insbesondere einen Elementhalbleiter, wie Silizium, oder einen Verbindungshalbleiter, beispielsweise ZnSe, umfassen, dessen Fundamentalabsorption ebenfalls photovoltaisch genutzt werden kann.
- Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird ferner gelöst durch eine p-i-n Halbleiterstruktur, bei der das intrinsische Halbleitermaterial eine Zusammensetzung gemäß der erfindungsgemäßen Kompositzusammensetzung darstellt. In dem Matrixmaterial können somit durch elektrische Felder aus der hergestellten Bauelementstruktur die erzeugten Elektron-Loch-Paare effektiv getrennt und transportiert werden.
- Auch wird erfindungsgemäß eine photovoltaische Solarzelle vorgeschlagen, die mindestens eine erfindungsgemäße p-i-n-Halbleiterstruktur umfaßt.
- Die erfindungsgemäße Solarzelle verfügt bevorzugt über eine durchschnittliche Dicke kleiner 300 μm, besonders bevorzugt kleiner 150μm und insbesondere kleiner 30 μm. Somit ist es erstmals technisch möglich, effektive Dünnschichtsolarzellen anzubieten.
- Die das Verfahren betreffende Aufgabe wird dadurch gelöst, daß das Gastmaterial und das Matrixmaterial gleichzeitig oder insbesondere sequentiell aus der Gasphase auf einem Substrat co-abgeschieden werden.
- Eine bevorzugte Ausführungsform ist durch die Verwendung einer, insbesondere thermisch abgeschirmten, Hot-Wire-CVD oder einer Knudsen-Zelle gekennzeichnet.
- Bevorzugt ist ferner, daß die Matrix und/oder das Gastmaterial co-abgeschieden werden, insbesondere auf einem Glas-Substrat.
- Als besonders günstig hat sich erwiesen, das Matrixmaterial und/oder das Gastmaterial bei Temperaturen im Bereich von 230 °C bis 290° C, insbesondere von 250°C bis 270°C, abzuscheiden. Bei diesen Temperaturen wird im allgemeinen sichergestellt, daß zum einen das Gastmaterial nicht zerstört wird und daß zum anderen das Matrixmaterial in einer gewünschten Kristallform aufwächst, beispielsweise bei Silizium in mikrokristalliner Form. Besonders geeignet sind Temperaturen im Bereich von etwa 260°C.
- Eine alternative Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, Schichtenabfolgen, insbesondere Multischichtsysteme, enthaltend mindestens eine Schicht aus einem Halbleitermaterial der Matrix, insbesondere aus mikrokristallinem Silizium, und mindestens eine Schicht mindestens eines Gastmaterials, insbesondere FeSi2 oder Fe, einem Temper- und/oder einem Laserannealingschritt zu unterziehen.
- Eine weitere alternative Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, in flüssiger Phase oder in Elektrolyte gelöste Gastmaterialien, insbesondere Pigment-Cluster, auf einer Schicht aus einem Halbleitermaterial der Matrix chemisch abzuscheidena, insbesondere mittels Sol-Gel-Verfahren oder solvothermischem Verfahren sowie Hydrothermalsynthese.
- Eine weitere alternative Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, das Halbleitermaterial der Matrix und das Gastmaterial mechanisch zu mischen, insbesondere mittels einer Kugelmühle, und anschließend zu sintern.
- Eine weitere alternative Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, poröses Halbleitermaterial der Matrix mit verflüssigtem oder gelöstem Gastmaterial, insbesondere Pigmenten, zu infiltrieren und das infiltrierte Halbleitermaterial einem Temperschritt zu unterziehen.
- Schließlich ist es möglich, daß bei dem erfindungsgemäßen Verfahren als Prozeßgas Wasserstoff mit verwendet wird. Dies dient insbesondere dazu, bei einer Silizium – Matrix Bindungsstellen an einer Ober- bzw. Grenzfläche abzusättigen, um eine H-Passivierung zu erreichen. Der Anteil von Wasserstoff in einer mikrokristallinen Siliziummatrix kann durch die Prozeßführung variiert werden.
- Mit der vorliegenden Erfindung gelingt es, Kompositzusammensetzungen für Solarzellen bereitzustellen, die einen sehr hohen Wirkungsgrad ermöglichen und die gleichzeitig präparativ mit wenig Aufwand erhalten werden können. Auch sind für die Herstellung geeigneter erfindungsgemäßer Solarzellen z.B. im Vergleich mit Tandemzellen nur noch wenige Bauteile erforderlich, was deren Wirtschaftlichkeit nochmals erhöht.
- Bei anorganischen Clustern aus stark absorbierenden Halbleitermaterialen als Gastmaterial erfolgt die Absorption durch Anregung eines Elektrons über eine Energielücke zwischen Valenzband und Leitungsband des Gastmaterials und dem Transfer des bzw. der angeregten Elektronen bzw. Löcher aus dem Leitungsband des Halbleiterclusters des Gastmaterials in das Leitungsband des Matrixmaterials, insbesondere eines Silizium-Wirtsmaterials, und des Lochs aus dem Valenzband des Gastmaterials in das Valenzband des Matrixmaterials bzw. des Wirtsmaterials. Somit werden im Gegensatz zu den Konzepten des Stands der Technik beide Bestandteile des angeregten Elektron-Loch-Paares in dasselbe Matrixmaterial, insbesondere mikrokristallines Silizium, transferiert. Dadurch ist der Absorptions- und Transferprozeß nicht nur auf eine Grenzfläche beschränkt, sondern kann im Volumen stattfinden. Daher sind erfindungsgemäße Festkörper-Solarzellen auch unter Verwendung des etablierten Halbleitermaterials Silizium ohne Verwendung von Elektrolyt-Kontakten möglich, so daß insbesondere die daraus resultierenden Stabilitätsprobleme vermieden werden können.
- In der ersten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Zusammensetzung wird vorzugsweise ein stark direkt absorbierender Bestandteil als Gastmaterial in mikrokristallines Silizium als Matrixmaterial eingelagert. Hierbei werden die beiden photovoltaisch maßgeblichen Anforderungen, Absorption und Ladungstransport (nach Injektion von Ladungsträgern), auf zwei jeweils eine Anforderung optimal erfüllende Materialbestandteile eines Komposits verteilt. Somit werden Dünnschichtsolarzellen aus Silizium mit hoher Absorptivität zugänglich. Die Verwendung von Volumenkompositen aus Silizium als Matrixmaterial, das eingelagerte Domänen eines Gastmaterials enthält, bietet demgemäß die Möglichkeit, die Vorteile des Siliziums als elektronisch bestens beherrschbares Matrixmaterial zu koppeln mit einer hohen Lichtabsorption des Gastmaterials. Es können siliziumbasierte Solarzellen preiswert und energetisch vorteilhaft, beispielsweise als Dünnschichthalbleitermaterial, hergestellt werden und somit die Photovoltaik als ökonomisch konkurrenzfähige Primärenergiequelle etablieren helfen. Zudem können bei einer Herstellung von Solarzellen aus den erfindungsgemäßen Zusammensetzungen die etablierten Silizium-Depositionsverfahren weiter verwendet werden. Diese Verfahren sind im allgemeinen nur im Hinblick auf die Kodepositionen der Gastmaterialien zu modifizieren.
- Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung, in der Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand schematischer Zeichnungen im einzelnen erläutert werden. Dabei zeigen:
-
1 : eine schematische Darstellung eines p+-i-n+ Bauelements einer Solarzelle mit einer erfindungsgemäßen Zusammensetzung in der ersten Ausgestaltung; -
2 : die elektronische Bandstruktur einer Solarzelle mit einer erfindungsgemäßen Zusammensetzung in der ersten Ausgestaltung; -
3 : Raman-Spektren von reinem mikrokristallinen Silizium, reinem ZnPc und Kompositen beider Materialien; -
4 : die optische Absorption von reinen ZnPc-Filmen in α- und β-Modifikation und von Zusammensetzungen gemäß der3 ; -
5 : eine schematische Darstellung eines p-i-n Bauelements einer Solarzelle mit einer erfindungsgemäßen Zusammensetzung gemäß der zweiten Ausgestaltung; -
6 : ein Donor-Akzeptor-System der zweiten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Zusammensetzung; -
7a : eine erste schematische elektronische Bandstruktur und optische Übergänge der erfindungsgemäßen Zusammensetzung gemäß der zweiten Ausgestaltung; -
7b : die erste schematische elektronische Bandstruktur und optische Übergänge in der erfindungsgemäßen Zusammensetzung gemäß der zweiten Ausführungsform in einem vereinfachtem Schema; -
7c : eine zweite schematische elektronische Bandstruktur und optische Übergänge der erfindungsgemäßen Zusammensetzung gemäß der zweiten Ausgestaltung; -
7d : eine dritte schematische elektronische Bandstruktur und optische Übergänge der erfindungsgemäßen Zusammensetzung gemäß der zweiten Ausgestaltung; -
8 : Raman-Spektren von ZnSe/F16ZnPc-Kompositen mit unterschiedlichen ZnPc-Konzentrationen; -
9 : die optische Absorption von reinem F16ZnPc und von ZnSe/F16ZnPc-Zusammensetzungen; -
10 : Fotografien von ZnSe, F16ZnPc und ZnSe/F16ZnPc-Zusammensetzungen mit zunehmender Konzentration; und -
11 : einen Reaktor zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Zusammensetzung. -
1 zeigt eine schematische Darstellung eines p+-i-n+-Bauelements1 für eine Solarzelle, enthaltend in der intrinsischen Schicht i eine erfindungsgemäße Zusammensetzung2 gemäß der ersten Ausgestaltung, bei der eine Vielzahl an Domänen3 eines Gastmaterials in ein indirektes Halbleitermatrixmaterial5 , z.B. mikrokristallines Silizium, eingelagert sind. Demgemäß weist das p+-i-n+-Bauelement1 der Solarzelle ferner sich gegenüberliegend und angrenzend an die die Ober- bzw. Unterseite der intrinsischen Halbleiterschicht, umfassend die Zusammensetzung2 , einen n+-Bereich7 (stark n-dotierter Bereich) und einen p+-Bereich9 (stark p-dotierter Bereich) auf. Als geeignetes p+-Material im p+ Bereich9 kommt z.B. mikrokristallines Silizium und als n+-Material im n+ Bereich7 kommen z.B. mikrokristallines oder amorphes Silizium sowie Oxide wie ZnO in Betracht. - In
2 wird eine schematische elektronische Bandstruktur des p+-i-n+-Bauelements1 der Solarzelle gemäß der1 gezeigt. Hierbei fungiert die erfindungsgemäße Zusammensetzung gemäß der ersten Ausgestaltung als intrinsischer Halbleiter i zwischen dem p+-dotierten Bereich9 und dem n+-dotierten Bereich7 . Das Fermi-Niveau ist mit EF, das Valenzband mit EVB und das Leitungsband mit EL bezeichnet. Das "Highest Occupied Molecular Orbital" (HOMO)11 und das "Lowest Unoccupied Molecular Orbital" (LUMO)13 des Gastmaterials, beispielsweise organische Pigmente, sind in2 schematisch dargestellt. Kristallines Silizium hat aufgrund seiner charakteristischen indirekten Bandlücke gute elektrische Transporteigenschaften, allerdings auch eine schwache Absorptivität von Strahlung. Wird ein Photon15 durch das Gastmaterial in der in dem Matrixmaterial eingelagerten Domäne3 absorbiert, findet eine Anregung eines Elektrons von dem HOMO11 zu dem LUMO13 statt. Aufgrund ihrer jeweiligen energetischen Nähe werden das Elektron aus dem durch Anregung besetzten LUMO13 des Gastmaterials in das Leitungsband EL des Matrixmaterials und das Loch aus dem HOMO11 des Gastmaterials in das Valenzband EVB des Matrixmaterials transferiert (Injektion). Anschließend werden Elektron und Loch in dem quasi homogenen Halbleitermatrixmaterial, d.h. in dem indirekten Halbleiter Silizium, durch elektrische Felder der p-i-n Bauelementestruktur getrennt transportiert, was in2 durch eine Loch-Bewegungsrichtung17 und Elektron-Bewegungsrichtung19 dargestellt wird. - Der
3 sind Raman-Spektren von reinem mikrokristallinen Silizium, reinem ZnPc und von Kompositzusammensetzungen dieser Materialien, die bei zunehmender Substrattemperatur abgeschieden wurden, zu entnehmen. Raman-Spektren geben Molekülschwingungen wieder, stellen also ein empfindliches Kriterium für ein Überleben von Molekülbindungen dar. Bei einer Substrattemperatur von 260°C werden sämtliche für ZnPc und mikrokristallines Silizium charakteristischen Anregungen gefunden, wobei die Anregungen von mikrokristallinem Silizium mit einem Pfeil verdeutlich werden. Die Intensitätsverhältnisse der ZnPc Schwingungen sind aufgrund unterschiedlicher Umgebung im Komposit teilweise variiert. Das Spektrum bei 260°C zeigt, daß organische Pigmente und mikrokristallines Silizium in einem sequentiellen Prozeß kodeponiert werden können. Ab 300°C Substrattemperatur finden sich nur noch Spuren von ZnPc. - In
4 wird die optische Absorption von reinem ZnPc in α- und β-Modifikation sowie von Kompositzusammensetzungen gemäß2 dargestellt. Die optische Absorption zeigt ebenfalls die Intaktheit der eingesetzten Molekülen an. Zusätzlich wird die Grundfunktion der Absorption von Photonen einer Strahlung überprüft. Die Strukturen im Bereich von 550 nm bis 850 nm zeigen, daß die Q-Banden-Absorption von ZnPc im Komposit erhalten bleibt. - In
5 wird ein p-i-n-Bauelement100 einer Solarzelle gemäß der zweiten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Zusammensetzung102 dargestellt. Die Zusammensetzung102 umfaßt ein Matrixmaterial105 mit einer großen Energielücke aus einem oxidischen Halbleiter oder einem Chalcogenidhalbleiter, in den Domänen103 eines Gastmaterials, enthaltend ein Donor/Akzeptorsystem, eingelagert sind. Das p-i-n Bauelement100 der Solarzelle umfaßt gegenüberliegend einen n+-Bereich107 und einen p+-Bereich109 . Wie die Solarzelle1 aus1 weist auch die Solarzelle eine p-i-n-Bauelementstruktur auf. - Wie in der ersten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Zusammensetzung
2 erfolgt in der zweiten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Zusammensetzung102 die Ladungsträgertrennung nicht an einer einzigen Heterogrenzfläche, wie bei der oben im Stand der Technik diskutierten Solarzelle mit einer Absorber/Elektrolytgrenzschicht, sondern innerhalb des Matrixmaterials105 . In den6 und7a ist die Funktion des Donor/Akzeptor-Systems dargestellt. Das Matrixmaterial105 verfügt in der zweiten Ausgestaltung der Zusammensetzung102 über ein Valenzband EVB und ein Leitungsband EL. Zum einen kann ein direkter Übergang110 eines Elektrons von dem Valenzband EVB in das Leitungsband EL des Matrixmaterial105 durch eine erste Absorption eines ersten Photons111 stattfinden. Zum anderen kann durch eine zweite Absorption eines zweiten Photons112 mit einer kleineren Energie als das erste Photon111 ein zweites Elektron von dem HOMO1 zum LUMO1 des Donors114 übergehen. Anschließend wird das zweite Elektron zum energetisch günstigen LUMO2 des Akzeptors116 übertragen. Mittels der Absorption eines dritten Photons118 wird das zweite Elektron von dem LUMO2 zum (LUMO + 1)2 des Akzeptors transferiert. Schließlich geht aus dem (LUMO + 1)2 das zweite Elektron in das Leitungsband EL über. Somit wird der LUMO2-Zustand des Akzeptors durch einen Transfer des angeregten zweiten Elektrons aus dem LUMO1 des Donors befüllt. Durch diesen Ladungstransfer wird eine Rückreaktion aus dem LUMO1 des Donors in das HOMO1 unterdrückt. Das Loch im HOMO1-Zustand des Donors wird in das Valenzband EVB des Matrixmaterials105 injiziert, und der Absorptionsprozeß kann von neuem beginnen. Auf diese Weise werden mehrere Photonen mit ihren jeweiligen chemischen Potentialen für die Energieumwandlung von Strahlung genutzt, was theoretische Wirkungsgrade von bis zu 42% ermöglicht. Die in das Matrixmaterial105 injizierten Elektronen-Loch-Paare werden durch elektrische Felder getrennt, die durch die p-i-n-Bauelementstruktur100 der Solarzelle mit der erfindungsgemäßen Zusammensetzung102 als intrinsischer Absorber erzeugt werden. - In
7b ist die erste elektronische Bandstruktur der7a eines Donor/Akzeptor-Systems in einem vereinfachten Schema dargestellt. Das HOMO1 des Donors211 ist energetisch niedriger als das Valenzband EVB der Matrix angeordnet. Der Donor214 stellt einen ersten optischen Übergang212 vom HOMO1211 des Donors214 zum LUMO1213 des Donors214 bereit, so daß bei Absorption eines Photons ein Elektron vom HOMO1211 in das LUMO1213 transferiert wird, wodurch ein Elektron Loch-Paar erzeugt wird. Anschließend wird das Elektron vom LUMO1213 des Donors214 zum LUMO2215 des Akzeptors216 übertragen, da das LUMO2215 des Akzeptors216 ein niedrigeres Energieniveau als das LUMO1213 des Donors214 aufweist. Durch Absorption eines zweiten Photons kann ein zweiter optischer Übergang218 das Elektron vom LUMO2215 zum SUMO219 des Akzeptors216 übertragen. Schließlich geht aus dem SUMO219 des Akzeptors216 das Elektron des Elektron-Loch-Paares in das Leitungsband EI der Matrix über. Somit wird über dem LUMO1213 Zustand des Donors214 das LUMO2215 des Akzeptors216 befüllt. Ebenso wie in der7a wird dadurch eine Rückreaktion aus dem LUMO1213 des Donors214 in das HOMO1 unterdrückt. Das Loch des Elektron Loch-Paares im HOMO1-Zustand211 des Donors wird in das Valenzband EVB des Matrixmaterials105 injiziert, so daß der Absorptionsprozeß von vorne beginnen kann. - In der
7c ist eine zweite elektronische Bandstruktur eines Donor/Akzeptor-Systems gemäß der zweiten Ausgestaltung dargestellt. Von einem HOMO1311 , das mit einem Elektron befüllt ist, wird zuerst mittels eines ersten optischen Übergangs312 , das heißt einer Anregung durch Absorption eines ersten Photons, das Elektron in das LUMO1313 des Donors314 übertragen, so daß ein Elektron-Loch-Paar erzeugt wird. Von dem LUMO1313 des Donors314 kann das Elektron anschließend aufgrund der energetisch niedrigeren Lage des Leitungsbands EL des Matrixmaterials in dasselbe übergehen. Das Loch dieses ersten Elektron-Loch-Paares, das sich im HOMO1311 des Donors befindet, wird anschließend in das HOMO2315 des Akzeptors316 transferiert, da das HOMO2315 des Akzeptors316 für das Loch energetisch günstiger angeordnet ist als das HOMO1311 des Donors314 . Durch Absorption eines zweiten Photons kann ein zweiter optischer Übergang318 ein Elektron vom SOMO2, das niedriger als das Valenzband EVB des Matrixmaterials angeordnet ist, in das HOMO2315 des Akzeptors316 übertragen. Das Loch des Elektron-Loch-Paares befindet sich nunmehr im SOMO2317 des Akzeptors316 und kann schließlich in das für das Loch energetisch günstigere Valenzband EVB des Matrixmaterials übertragen werden. Nunmehr kann ebenfalls der Absorptionsprozeß von neuem beginnen. - In der
7d ist eine dritte schematische elektronische Bandstruktur der erfindungsgemäßen Zusammensetzung in der zweiten Ausgestaltung gezeigt. Dabei weist ein Donor414 ein HOMO2411 und ein LUMO2413 auf, und ein Akzeptor416 weist ein HOMO1415 und ein LUMO417 auf. Das HOMO1 des Akzeptors416 ist energetisch niedriger als das LUMO2413 des Donors414 angeordnet. Im Anfangszustand des Absorptionsprozesses sind sowohl das HOMO1415 des Akzeptors416 als auch das HOMO2411 des Donors mit zumindest einem Elektron befüllt. Mit einem durch Absorption eines ersten Photons erzeugten ersten optischen Übergang418 , das heißt eine Anregung eines ersten Elektrons, wird zuerst das erste Elektron vom HOMO1415 in das LUMO1417 transferiert, so daß ein erstes Elektron-Loch-Paar entsteht. Durch Absorption eines zweiten Photons wird ein zweites Elektron über den zweiten optischen Übergang412 vom HOMO2411 des Donors in das LUMO2413 des Donors transferiert, so daß ein zweites Elektron-Loch-Paar entsteht. Das Elektron des zweiten Elektron-Loch-Paares geht anschließend vom LUMO2413 des Donors in das energetisch günstigere HOMO1415 des Akzeptors über bzw. das Loch des ersten Elektron-Loch-Paares geht vom HOMO1415 in das für das Loch energetisch günstigere LUMO2413 des Donors über. Das Elektron von dem ersten Elektron-Loch-Paar wird von dem LUMO1417 des Akzeptors in das energetisch günstigere Leitungsband EL des Matrixmaterial transferiert, wie auch das Loch des zweiten Elektron-Loch-Paares in das für das Loch energetisch günstigere Valenzband EVB übertragen wird. So ist zusammengenommen nur ein Elektron-Loch-Paar entstanden, da sich durch den Übergang des Elektrons vom LUMO2413 des Donors in das HOMO1415 des Akzeptors das Elektron des zweiten Elektron-Loch-Paares mit dem Loch des ersten Elektron-Loch-Paares neutralisiert hat. Auch in dieser Ausführungsform können mehrere Photonen mit ihren jeweiligen chemischen Potentalien für die Energieumwandlung von Strahlung genutzt werden. - Von Vorteil ist bei der zweiten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Zusammensetzung
102 , daß nach Anregung des ersten Übergangs im Donor der angeregte Zustand eines Elektrons eine hinreichend lange Lebensdauer aufweist, um für einen zweiten Übergang im Akzeptor zur Verfügung zu stehen. Im Gegensatz zu den im Stand der Technik diskutierten Defekt- oder Zwischenbandkonzepten sind in der zweiten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Zusammensetzung die eingelagerten Domänen103 des Donor/Akzeptor-Gastmaterials erfindungsgemäß räumlich in Form der geeigneten Passivisierung des Matrixmaterials von dem Matrixmaterial105 getrennt, wodurch auch eine elektronische Trennung zwischen dem Gastmaterial und dem Matrixmaterial ermöglicht wird. Der Vorteil ist, daß der gewünschte Elektron- und Lochtransfer in die Bänder des Matrixmaterials eintritt (Downhill Ladungsinjektion). -
8 sind die Raman-Spektren von ZnSe/F16ZnPc Kompositzusammensetzungen mit zunehmender ZnPc-Konzentration zu entnehmen. ZnPc zeigt in den Kompositen alle typischen Anregungen des reinen Materials. - In
9 ist die optische Absorption von reinem F16ZnPc sowie von ZnSe/F16ZnPc-Kompositzusammensetzungen wiedergegeben. Aufgrund unterschiedlicher Umgebungen ist die Breite der Q-Bande den Farbstoffinoleküle im Komposit geringer [keine Weitere Erläuterung in Erfindungsmeldung – Wir hatten schon einmal gefragt was Q-Bande sind]. - In
10 sind Fotografien von ZnSe, F16ZnPC und ZnSe/F16ZnPc-Zusammensetzungen mit zunehmender Konzentration zu sehen. - Gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens können mit der in der
11 abgebildeten Vorrichtung das Silizium-Matrixmaterial und das Gastmaterial gleichzeitig oder sequentiell aus der Gasphase auf einem Substrat abgeschieden werden. In11 ist ein Reaktor1000 dargestellt, bei dem in einem Reaktorgefäß1001 unter einem Probenheizer1002 eine mikrokristalline Siliziumprobe1004 angeordnet ist. Der Reaktor1000 weist ferner eine Quelle1006 für die Verdampfung von einem, insbesondere organischen, Gastmaterial auf. Zudem umfaßt der Reaktor1000 ein Pumpensystem1008 , das über ein Drosselventil1010 stromaufwärts von dem Pumpensystem mit dem Reaktorgefäß1001 strömungstechnisch verbunden ist. Auf der anderen Seite, also stromabwärts des Pumpensystems1008 , ist eine Abgasleitung1012 vorgesehen. Ferner weist der Reaktor1000 einen Kühlwassereingang1014 , ein Pyrometer1016 und eine elektrische Durchführung1018 auf. - Um bei Verwendung einer Siliziumzusammensetzung gemäß der ersten Ausgestaltung das Gastmaterial nicht zu beschädigen, ist bevorzugt eine thermisch abgeschirmte „Hot Wire" (HW) Quelle für die Deposition von SiH4 zu verwenden. Um bei der Kompositabscheidung der Zusammensetzung mikrokristallines Silizium zu erhalten, sollte der Öffnungsdurchmesser der Silan-Quelle nicht zu klein sein. Vorzugsweise wird eine Öffnung mit einem Durchmesser von 20 mm bei einer Wendellänge der HW-Quelle von 12 mm verwendet. Bei Verwendung zu kleiner Öffnungen besteht die Gefahr, daß amorphes Silizium abgeschieden wird.
- Die Siliziumabscheidung für das Matrixmaterial erfolgt üblicherweise im Durchfluß. Geeigneterweise werden die Flüsse von Silan und H2 durch zwei Massenflußregler auf einen konstanten Wert geregelt. Mit dem Verhältnis der Durchflußraten von Silan und H2 wird die gewünschte Konzentration eingestellt. Ferner sollte der Druck im Reaktorgefäß
1001 durch eine Regelung zwischen den Massenflußreglern und dem Drosselventil1010 , das vorteilhafterweise ein in einer Saugleitung vorliegendes Schmetterlingsventil darstellt, konstant auf etwa 10–2 bar gehalten werden. Dies gilt insbesondere bei Verwendung einer 2%-igen Silankonzentration im Prozeßgas. Zur sequentiellen Abscheidung von Gastmaterial und Matrixmaterial wird abwechselnd die Gaszufuhr einer Siliziumquelle unterbrochen und ein Shutter einer Gastmaterial-Quelle1006 geöffnet sowie umgekehrt Prozeßgas zugeführt und der Shutter der Gastmaterial-Quelle1006 geschlossen. - Bei der Hot Wire Chemical Vapour Deposition (CVD) scheidet sich ein Reaktionsprodukt eines Prozeßgases als Festkörperschicht auf einer Substratoberfläche ab. Die hierzu erforderliche Aktivierungsenergie wird von dem heißen Substrat geliefert. Bei der Hot Wire CVD erfolgt die Aktivierung des Abscheidungsprozesses durch Reaktionen des Prozeßgases in der Gasphase an einem heißen Draht. Der heiße Draht wirkt in zweifacher Weise, er liefert die Aktivierungsenergie für die gewünschten Reaktionen und wirkt als Katalysator für diese Reaktionen. Auf diese Weise kann der Abscheideprozeß bei geringerer Substrattemperatur erfolgen.
- Ferner ist es auch möglich, die erfindungsgemäße Kompositzusammensetzung mittels einer Physical Vapour Deposition (PVD) zu erhalten. Hierbei wird ein Gastmaterial durch Erhitzen in die Gasphase überführt, woraufhin es sich auf einem Substrat abscheidet. Dieses Abscheideverfahren ist insbesondere für organische Absorberpigmente als Gastmaterial vorteilhaft. Die Kontrolle des Flusses erfolgt über die Quellentemperatur.
- Die in der vorstehenden Beschreibung, in den Ansprüchen sowie in den Zeichnungen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in jeder beliebigen Kombination für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein.
-
- 1
- Solarzelle
- 2
- Zusammensetzung
- 3
- Domäne
- 5
- Matrixmaterial
- 7
- Halbleiter
- 9
- Halbleiter
- 11
- HOMO
- 13
- LUMO
- 15
- Photon
- 17
- Bewegungsrichtung
- 19
- Bewegungsrichtung
- 100
- Solarzelle
- 102
- Zusammensetzung
- 103
- Domäne
- 105
- Matrixmaterial
- 107
- Halbleiter
- 109
- Halbleiter
- 110
- Übergang
- 111
- Photon
- 112
- Photon
- 114
- Donor
- 116
- Akzeptor
- 118
- Photon
- 211
- HOMO
- 212
- Übergang
- 213
- LUMO
- 214
- Donor
- 215
- LUMO
- 216
- Akzeptor
- 218
- Übergang
- 219
- SUMO
- 311
- HOMO
- 312
- Übergang
- 313
- LUMO
- 314
- Donor
- 315
- HOMO
- 316
- Akzeptor
- 317
- SOMO
- 318
- Übergang
- 411
- HOMO
- 412
- Übergang
- 413
- LUMO
- 414
- Donor
- 415
- HOMO
- 416
- Akzeptor
- 417
- LUMO
- 418
- Übergang
- 1000
- Reaktor
- 1001
- Reaktorgefäß
- 1002
- Heizung
- 1004
- Probe
- 1006
- Verdampfungsquelle
- 1008
- Pumpensystem
- 1010
- Ventil
- 1012
- Abgasleitung
- 1014
- Kühlwassereingang
- 1016
- Pyrometer
- 1018
- Durchführung
Claims (43)
- Kompositzusammensetzung (
2 ,102 ) für eine Solarzelle, umfassend mindestens ein Halbleitermaterial als Matrix (5 ,105 ) und mindestens eine darin eingelagerte Domäne (3 ,103 ) mindestens eines Gastmaterials, das geeignet ist, Strahlung mindestens einer Wellenlänge zu absorbieren und unter Strahlungseinwirkung zumindest ein Elektron-Loch-Paar zu erzeugen, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Domäne (3 ,103 ) des eingelagerten Gastmaterials derart dimensioniert ist, daß die durchschnittliche Lebensdauer des in dem Gastmaterial durch Strahlungseinwirkung erzeugbaren Elektron-Loch-Paares für einen Transfer des Elektron-Loch-Paares in das Matrixmaterial (5 ,105 ) ausreicht. - Zusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die durchschnittliche Diffusionslänge des in einer Domäne gebildeten Elektron-Loch-Paares größer ist als der durchschnittliche Durchmesser der Domäne.
- Zusammensetzung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Übergang Domäne/Matrix zumindest bereichsweise derart ist, daß eine Ladungsträgerrekombination vollständig oder partiell unterdrückt wird.
- Zusammensetzung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Unterdrückung der Ladungsträgerrekombination a) der Übergang Domäne/Matrix, insbesondere die Phasengrenzfläche, zumindest bereichsweise H-passiviert ist, b) die eingelagerten Gastmaterialdomänen kongruent in die Matrix eingewachsen sind und/oder c) mindestens eine Domäne zumindest bereichsweise mindestens eine Passivierungsschicht aufweist.
- Zusammensetzung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Halbleitermaterial der Matrix ein indirekter Halbleiter ist.
- Zusammensetzung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Halbleitermaterial der Matrix kristallines, insbesondere mikrokristallines, Silizium ist.
- Zusammensetzung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß von einem Valenzband oder einem HOMO des Gastmaterials aus ein Loch eines Elektron-Loch-Paares in das Valenzband der Matrix, insbesondere energetisch begünstigt, transferierbar ist, und von einem Leitungsband oder einem LUMO des Gastmaterials aus ein Elektron des Elektron-Loch-Paares in das Leitungsband der Matrix, insbesondere energetisch begünstigt, transferierbar ist.
- Zusammensetzung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die im Gastmaterial durch Anregung eines Elektron-Loch-Paares absorbierte Strahlungsenergie in die Matrix über eine Dipol-Dipol-Wechselwirkung oder Exzitontransfer transferierbar ist.
- Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Gastmaterial mindestens ein direktes Halbleiter-Material umfaßt.
- Zusammensetzung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Gastmaterial mindestens einen absorbierenden Verbindungshalbleiter aus einem Element der Gruppe II und einem Element der Gruppe VI und/oder mindestens einen absorbierenden Verbindungshalbleiter aus einem Element der Gruppe III und einem Element der Gruppe V umfaßt.
- Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Gastmaterial mindestens eine halbleitende Metall-Silizidverbindung, insbesondere FeSi2, umfaßt.
- Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Gastmaterial mindestens ein organisches Pigment, insbesondere Porphyrine und/oder Phtalocyanine, und/oder organische Halbleiter, insbesondere Polythiophene, umfaßt.
- Zusammensetzung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Gastmaterial Zinkphtalocyanin (ZnPc) und das Halbleitermaterial der Matrix mikrokristallines Silizium darstellen.
- Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Gastmaterial eine organische Nanostruktur, insbesondere in Form von Fulleren oder Nanoröhrenstrukturen, umfaßt.
- Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Gastmaterial eine anorganische Nanostruktur, insbesondere in Form von Nanoröhrenstrukturen, vorzugsweise MoS2, umfaßt.
- Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Halbleitermaterial der Matrix ein direkter Halbleiter ist.
- Zusammensetzung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Halbleitermaterial der Matrix anorganische oxidische und/oder chalkogenische Materialien umfaßt.
- Zusammensetzung nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Halbleitermaterial der Matrix auf Verbindungshalbleitern aus Elementen der Gruppe II und VI des Periodensystems der Elemente basiert.
- Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 6 und 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß das Gastmaterial ein zur Mehrphotonenabsorption befähigtes Donor/Akzeptor-System umfaßt.
- Zusammensetzung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß von einem HOMO des Donors aus ein Loch eines Elektron-Loch-Paares in das Valenzband der Matrix, insbesondere energetisch begünstigt, transferierbar ist, von einem LUMO des Donors aus ein Elektron des Elektron-Loch-Paares in ein erstes LUMO des Akzeptors, insbesondere energetisch begünstigt, transferierbar ist, und von einem zweiten LUMO des Akzeptors aus das Elektron in das Leitungsband der Matrix, insbesondere energetisch begünstigt, transferierbar ist.
- Zusammensetzung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß von einem HOMO des Donors aus ein Loch eines Elektron-Loch-Paares in das Valenzband der Matrix, insbesondere energetisch begünstigt, transferierbar ist, von einem LUMO des Donors aus ein Elektron des Elektron-Loch-Paares in ein erstes LUMO des Akzeptors, insbesondere energetisch begünstigt, transferierbar ist, und von einem zweiten energetisch höheren unbesetzten Orbital (SUMO) des Akzeptors aus das Elektron in das Leitungsband der Matrix, insbesondere energetisch begünstigt, transferierbar ist.
- Zusammensetzung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß von einem LUMO des Donors aus ein Elektron eines Elektron-Loch-Paares in das Leitungsband der Matrix, insbesondere energetisch begünstigt, transferierbar ist, von einem HOMO des Donors aus ein Loch des Elektron-Loch-Paares in ein erstes HOMO des Akzeptors, insbesondere energetisch begünstigt, transferierbar ist, und von einem energetisch nächst tieferen besetzten Orbital (SOMO) des Akzeptor aus das Loch in das Valenzband der Matrix, insbesondere energetisch begünstigt, transferierbar ist.
- Zusammensetzung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß von einem HOMO des Donors aus ein Loch eines ersten Elektron-Loch-Paares in das Va lenzband der Matrix, insbesondere energetisch begünstigt, transferierbar ist, von einem LUMO des Akzeptors aus ein Elektron eines zweiten Elektron-Loch-Paares in das Leitungsband der Matrix, insbesondere energetisch begünstigt, transferierbar ist, und von einem LUMO des Donors aus das Elektron des ersten Elektron-Loch-Paares in das HOMO des Akzeptors, insbesondere energetisch begünstigt, transferierbar ist.
- Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 19 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß das Donor/Akzeptor-System mindestens ein organisches Farbpigment-System, insbesondere ein Porphyrin/Chinon-System und/oder ein Thiophen/Fulleren-System, umfaßt.
- Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 19 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß das Donor/Akzeptor-System eine Kombination aus mindestens einem ersten Verbindungshalbleiter aus einem Element der Gruppe II und einem Element der Gruppe VI und mindestens einem zweiten Verbindungshalbleiter aus einem Element der Gruppe II und einem Element der Gruppe VI umfaßt, insbesondere HgTe/CdTe.
- Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 19 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß das Donor/Akzeptor-System eine Kombination aus mindestens einem ersten Verbindungshalbleiter aus einem Element der Gruppe III und einem Element der Gruppe V und mindestens einem zweiten Verbindungshalbleiter aus einem Element der Gruppe II und einem Element der Gruppe VI umfaßt.
- Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 19 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß das Donor/Akzeptor-System mindestens ein biologisches Absorbersystem, insbesondere Chlorophyll und/oder Bakteriochlorophyll, umfaßt.
- Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 19 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß das Gastmaterial F16ZnPc und das Halbleitermaterial der Matrix ZnSe darstellen.
- Zusammensetzung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewichtsverhältnis Halbleitermaterial der Matrix/Gastmaterial im Bereich von 2:1 bis 500:1, insbesondere von 5:1 bis 100:1, liegt.
- Zusammensetzung nach einem der vorangehende Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Domäne eines Gastmaterials einen in die Matrix eingelagerten Cluster darstellt.
- p-i-n Halbleiterstruktur, dadurch gekennzeichnet, daß das intrinsische Halbleitermaterial eine Zusammensetzung gemäß einem der vorangehenden Ansprüche umfaßt.
- Photovoltaische Solarzelle, umfassend mindestens eine p-i-n-Halbleiterstruktur gemäß Anspruch 31.
- Solarzelle nach Anspruch 32, gekennzeichnet durch eine durchschnittliche Dicke kleiner 300μm, insbesondere kleiner 30 μm.
- Verfahren zur Herstellung einer Kompositzusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 30, dadurch gekennzeichnet, daß das Gastmaterial und das Matrixmaterial gleichzeitig oder insbesondere sequentiell aus der Gasphase co-abgeschieden werden.
- Verfahren nach Anspruch 34, gekennzeichnet durch die Verwendung einer, insbesondere thermisch abgeschirmten, Hot-Wire-CVD oder einer Knudsen-Zelle.
- Verfahren nach Anspruch 34 oder 35, dadurch gekennzeichnet, daß das Matrix- und das bzw. die Gastmaterialien) auf einem Substrat co-abgeschieden werden, insbesondere auf einem Glas-Substrat.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 34 bis 36, dadurch gekennzeichnet, daß das Matrixmaterial und/oder das Gastmaterial bei Temperaturen im Bereich von 230 °C bis 290° C, insbesondere von 250°C bis 270°C, abgeschieden wird bzw. werden.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 34 bis 37, dadurch gekennzeichnet, daß das Gastmaterial organische Pigmente und daß das Halbleitermaterial für die Matrix Silizium oder einen Verbindungshalbleiter aus Elementen der Gruppe II und Gruppe VI umfassen.
- Verfahren zur Herstellung einer Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 30, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schichtenabfolge, insbesondere Multischichtsysteme, enthaltend mindestens eine Schicht aus einem Halbleitermaterial der Matrix, insbesondere aus mikrokristallinem Silizium, und mindestens eine Schicht mindestens eines Gastmaterials, insbesondere FeSi2 oder Fe, einem Temper- und/oder einem Laserannealingschritt unterzogen werden.
- Verfahren zur Herstellung einer Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 30, dadurch gekennzeichnet, daß in flüssiger Phase oder in Elektrolyte gelöste Gastmaterialien, insbesondere Pigment-Cluster, auf einer Schicht aus einem Halbleitermaterial der Matrix chemisch abgeschieden werden, insbesondere mittels Sol-Gel-Verfahren oder solvothermischen Verfahren sowie Hydrothermalsynthese.
- Verfahren zur Herstellung einer Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 30, dadurch gekennzeichnet, daß das Halbleitermaterial der Matrix und das Gastmaterial mechanisch gemischt, insbesondere mittels einer Kugelmühle, und anschließend gesintert werden.
- Verfahren zur Herstellung einer Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 30, dadurch gekennzeichnet, daß man poröses Halbleitermaterial der Matrix mit verflüssigtem oder gelöstem Gastmaterial, insbesondere Pigmenten, infiltriert und das infiltrierte Halbleitermaterial einem Temperschritt unterzieht.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 34 bis 42, dadurch gekennzeichnet, daß als Prozeßgas Wasserstoff mit verwendet wird.
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102005062674A DE102005062674B4 (de) | 2005-12-23 | 2005-12-23 | Kompositzusammensetzung für eine Solarzelle, p-i-n-Halbleiterstruktur, enthaltend diese Zusammensetzung, Solarzelle und Verfahren zur Herstellung einer Kompositzusammensetzung |
PCT/DE2006/002334 WO2007076843A1 (de) | 2005-12-23 | 2006-12-22 | Kompositzusammensetzung für eine solarzelle, p-i-n-halbleiterstruktur, enthaltend diese zusammensetzung, solarzelle und verfahren zur herstellung von kompositzusammensetzungen |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102005062674A DE102005062674B4 (de) | 2005-12-23 | 2005-12-23 | Kompositzusammensetzung für eine Solarzelle, p-i-n-Halbleiterstruktur, enthaltend diese Zusammensetzung, Solarzelle und Verfahren zur Herstellung einer Kompositzusammensetzung |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102005062674A1 true DE102005062674A1 (de) | 2007-07-05 |
DE102005062674B4 DE102005062674B4 (de) | 2011-06-16 |
Family
ID=37964807
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE102005062674A Expired - Fee Related DE102005062674B4 (de) | 2005-12-23 | 2005-12-23 | Kompositzusammensetzung für eine Solarzelle, p-i-n-Halbleiterstruktur, enthaltend diese Zusammensetzung, Solarzelle und Verfahren zur Herstellung einer Kompositzusammensetzung |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE102005062674B4 (de) |
WO (1) | WO2007076843A1 (de) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102007037905A1 (de) * | 2007-08-10 | 2009-04-23 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Dotiertes Halbleitermaterial und dessen Verwendung |
Families Citing this family (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
AU2007248170B2 (en) | 2006-05-01 | 2012-08-16 | Arrowhead Center, Inc. | Fiber photovoltaic devices and applications thereof |
US8558105B2 (en) | 2006-05-01 | 2013-10-15 | Wake Forest University | Organic optoelectronic devices and applications thereof |
EP2050151B1 (de) | 2006-08-07 | 2011-10-12 | Wake Forest University | Herstellung von organischen verbundmaterialien |
GB201211622D0 (en) * | 2012-06-29 | 2012-08-15 | Cambridge Entpr Ltd | Photovoltaic device and method of fabricating thereof |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2002100793A (ja) * | 2000-09-25 | 2002-04-05 | Japan Science & Technology Corp | 有機・無機複合薄膜太陽電池とその製造方法 |
US20020149076A1 (en) * | 2001-04-11 | 2002-10-17 | Jing Li | Hybrid nanostructured materials based on II-VI semiconductors |
US20050056815A1 (en) * | 2003-06-02 | 2005-03-17 | Tzenka Miteva | Composition for photon-energy up-conversion |
WO2005067524A2 (en) * | 2004-01-15 | 2005-07-28 | Nanosys, Inc. | Nanocrystal doped matrixes |
WO2005078770A2 (en) * | 2003-12-19 | 2005-08-25 | The Regents Of The University Of California | Active electronic devices with nanowire composite components |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE4136511C2 (de) * | 1991-11-06 | 1995-06-08 | Forschungszentrum Juelich Gmbh | Verfahren zur Herstellung einer Si/FeSi¶2¶-Heterostruktur |
JP4772192B2 (ja) * | 2001-02-13 | 2011-09-14 | 富士フイルム株式会社 | 光電変換素子、光電池及び錯体色素 |
US7291782B2 (en) * | 2002-06-22 | 2007-11-06 | Nanosolar, Inc. | Optoelectronic device and fabrication method |
US6852920B2 (en) * | 2002-06-22 | 2005-02-08 | Nanosolar, Inc. | Nano-architected/assembled solar electricity cell |
-
2005
- 2005-12-23 DE DE102005062674A patent/DE102005062674B4/de not_active Expired - Fee Related
-
2006
- 2006-12-22 WO PCT/DE2006/002334 patent/WO2007076843A1/de active Application Filing
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2002100793A (ja) * | 2000-09-25 | 2002-04-05 | Japan Science & Technology Corp | 有機・無機複合薄膜太陽電池とその製造方法 |
US20020149076A1 (en) * | 2001-04-11 | 2002-10-17 | Jing Li | Hybrid nanostructured materials based on II-VI semiconductors |
US20050056815A1 (en) * | 2003-06-02 | 2005-03-17 | Tzenka Miteva | Composition for photon-energy up-conversion |
WO2005078770A2 (en) * | 2003-12-19 | 2005-08-25 | The Regents Of The University Of California | Active electronic devices with nanowire composite components |
WO2005067524A2 (en) * | 2004-01-15 | 2005-07-28 | Nanosys, Inc. | Nanocrystal doped matrixes |
Non-Patent Citations (3)
Title |
---|
MAYER,T. (u.a.): Organische Pigmente in Silizium: Ein funktionelles Kompositmaterial für die Photovoltaik. In: Workshopband 2003: Photovoltaik: Materialforschung in Deutschland. Forschungs Verbund Sonnenenergie, 2003, S. 183-185 |
MAYER,T. (u.a.): Organische Pigmente in Silizium: Ein funktionelles Kompositmaterial für die Photovoltaik. In: Workshopband 2003: Photovoltaik:Materialforschung in Deutschland. Forschungs Verbund Sonnenenergie, 2003, S. 183-185 * |
MAYER,T. (u.a.): Silicon-organic pigment material hybrids for photovoltaic application. In: 16th Workshop on Quantum Solar Energy Conversion- QUANTSOL 2004, Bad Gastein * |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102007037905A1 (de) * | 2007-08-10 | 2009-04-23 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Dotiertes Halbleitermaterial und dessen Verwendung |
DE102007037905B4 (de) * | 2007-08-10 | 2011-02-24 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Dotiertes Halbleitermaterial und dessen Verwendung |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE102005062674B4 (de) | 2011-06-16 |
WO2007076843A1 (de) | 2007-07-12 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE102006053953B4 (de) | Fotovoltaische Struktur mit einer Elektrode aus einem Array leitender Nanodrähte | |
EP1611484B1 (de) | Photoaktives bauelement mit organischen schichten | |
WO2010000716A2 (de) | Heterojunction-solarzelle mit absorber mit integriertem dotierprofil | |
EP1859494A1 (de) | Photoaktives bauelement mit organischen schichten | |
DE112006003607T5 (de) | Licht gewinnende diskotische Flüssigkristalline Porphyrine und Metallkomplexe | |
WO2000033396A1 (de) | Organische solarzelle bzw. leuchtdiode | |
DE2650267A1 (de) | Photoelektrolysezelle zur gewinnung von wasserstoff mit sonnenstrahlung | |
DE112012003297T5 (de) | Deckschichten für verbesserte Kristallisation | |
EP2291861A1 (de) | Photodetektor und verfahren zur herstellung dazu | |
DE112009002124T5 (de) | Quantenpunkt-Photovoltaikvorrichtung und deren Herstellungsverfahren | |
DE10209789A1 (de) | Photoaktives Bauelement mit organischen Schichten | |
DE102005062674B4 (de) | Kompositzusammensetzung für eine Solarzelle, p-i-n-Halbleiterstruktur, enthaltend diese Zusammensetzung, Solarzelle und Verfahren zur Herstellung einer Kompositzusammensetzung | |
DE102006060366A1 (de) | Verfahren zur Herstellung von in einer Matrix eingebetteten Quantenpunkten und mit dem Verfahren hergestellte in einer Matrix eingebettete Quantenpunkte | |
WO2010057652A1 (de) | Nonodrähte auf substratoberflächen, verfahren zu deren herstellung sowie deren verwendung | |
DE112012002855B4 (de) | toelektrische Umwandlungsvorrichtung | |
DE102021201746A1 (de) | Perowskit-basierte Mehrfachsolarzelle und Verfahren zu ihrer Herstellung | |
WO2014006565A2 (de) | Transparente elektrode für optoelektronische bauelemente | |
DE102009038633B4 (de) | Photoaktives Bauelement mit organischen Doppel- bzw. Mehrfachmischschichten | |
DE112012001058T5 (de) | Tandem-Solarzelle mit verbessertem Absorptionsmaterial | |
DE102004036793A1 (de) | Nanoporöse Fullerenschichten und deren Verwendung in der organischen Photovoltaik | |
DE102011084138B4 (de) | Photovoltaische vorrichtung | |
WO2014006566A1 (de) | Elektrodenanordnung für optoelektronische bauelemente | |
DE102012204676B4 (de) | Chalkopyrit-Dünnschicht-Solarzelle mit Zn(S,O)-Pufferschicht und dazugehöriges Herstellungsverfahren | |
WO2023187199A2 (de) | Verfahren zum herstellen eines reaktors, reaktoren und anordnungen | |
WO2024037693A1 (de) | Absorber, solarzelle und verfahren zur herstellung eines absorbers |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
R018 | Grant decision by examination section/examining division | ||
R020 | Patent grant now final |
Effective date: 20110917 |
|
R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |