Entwicklung einer innovativen Methode zur beschleunigten Bestimmung der Photo-Stabilität neuartiger Dünnfilm-Halbleitern zur Anwendung für Solarzellen

• Antragsteller: Professor Dr. Christoph J. Brabec
• Fachliche Zuordnung: Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien ; Thermodynamik und Kinetik sowie Eigenschaften der Phasen und Gefüge von Werkstoffen
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 317277494

Degradationsmechanismen in optoelektronischen Materialien wie Solarzellen entstehen entweder durch externe Einflüssen wie Wasserdiffusion in das Bauteil oder intrinsisch durch Photo-induzierte Degradation ohne die Anwesenheit von Wasser oder Sauerstoff. Diese intrinsische Photo-Degradation kann demnach nicht durch intelligente Bauteilarchitektur oder durch eine optimierte Verpackung des Bauteils unterdrückt werden. Das Charakterisieren und anschließende Verständnis dieser Photo-Degradation ist daher ein Schlüssel zur weiteren Verbesserung der Lebensdauer und Verlässlichkeit von Solarmodulen. Das geplante Projekt hat zum Ziel, eine neuartige Methode zur beschleunigten Bestimmung der Photo-Stabilität von optoelektronischen Materialien zu entwickeln, insbesondere für Dünnschicht-Halbleiter. Unser Konzept zielt auf eine Beschleunigung der bisherigen Tests um einen Faktor von mehr als hundert durch konzentriertes Weißlicht vor, da bisherige Tests momentan Monate benötigen. Die Neuartigkeit unseres Konzepts ist die Bestimmung der Degradationskinetik in Abhängigkeit von variabler, hochintensiver Beleuchtung bei gleichzeitiger, gut kontrollierter Probentemperatur. Dadurch werden wir ein eingehendes Verständnis der Degradationspfade, auch bei normaler Bestrahlungsstärke, bekommen. Die technische Herausforderung dabei ist die exakte Temperaturkontrolle über den geplanten großen Bereich der Bestrahlungsstärke. Mit unserem Ansatz können wir Temperatur getriebene Degradation von Photo-Degradation experimentell separieren. Uns sind besten Wissens keine vergleichbaren Studien bekannt, insbesondere im Hinblick auf die geplante Separierung von Temperatur- und Photodegradation sowie der geplanten Bestimmung der intrinsischen Lebensdauer auf Basis kurzmöglichster Testzeiten. Die geplante Methode hat zudem Relevanz außerhalb der Optoelektronik, wie z. B. bei optischen Funktionsbeschichtungen. Wegen der Expertise des Antragstellers beschränken wir uns aber in der ersten Projektphase auf Halbleiter. Andere Materialien, wie Farben, Chromophorfilme, spektral-selektive Beschichtungen oder Verpackungen, können zu einem späteren Zeitpunkt mit der Methode getestet werden. Zudem werden wir uns in dem Antrag auf Halbeiter mit Relevanz für solare Anwendungen, insbesondere Dünnschichtsolarzellen, konzentrieren. Eine Vielzahl von neuen und vielversprechenden Hochleistungs-Halbleitermaterialien wird zur Zeit entwickelt, allein mehrere Hunderttausend organische Halbleiter. Aufgrund dieser riesigen Anzahl ist deren Photo-Stabilität im Allgemeinen unbekannt. Eine beschleunigte Methode, wie die von uns geplante, die Messzeiten von Tagen statt Monaten erlaubt, ist notwendig um die Korrelation zwischen Halbleiterstrukturen und deren intrinsischen Stabilität zu erforschen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen