Forscher entwickeln flexible, multi

28. August 2023

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vom National Research Council of Science & Technology

Einem Forscherteam um Dr. Jung-dae Kwon vom Department of Energy & Electronic Materials am Korea Institute of Materials Science ist es gelungen, die weltweit erste transparente Dünnschichtsolarzelle auf einem flexiblen Substrat zu realisieren, die verschiedene reflektierende Farben aufweist und dies auch tut den Wirkungsgrad der Solarzelle nicht wesentlich verringern. Die Forschungsergebnisse wurden im Chemical Engineering Journal veröffentlicht.

Hierbei handelt es sich um eine Technologie, die eine reflektierende Farbe in einem einzelnen Material erzielt, indem in regelmäßigen Abständen Wasserstoff in mit Aluminium dotiertes Zinkoxid, eine transparente Elektrode, eingearbeitet wird, um einen Unterschied im Brechungsindex zu induzieren.

Durch die Entwicklung eines mehrschichtigen Dünnfilms mit einem extrem geringen Brechungsindexunterschied von weniger als 5 % wurde der Reflexionsverlust im sichtbaren Lichtbereich, der von der Solarzellenvorrichtung absorbiert wird, minimiert. Es kann auf verschiedene Absorber für Dünnschichtsolarzellen angewendet werden, da es durch die Farbumsetzung den Solarzellenwirkungsgrad kaum verringert. Darüber hinaus soll es als Maßstab für die Verbesserung der Ästhetik transparenter Dünnschichtsolarzellen mit flexiblem Substrat für BIPV (gebäudeintegrierte Photovoltaik) und VIPV (fahrzeugintegrierte Photovoltaik) dienen.

Bisher wurden die Mehrschicht-Ausdünnungstechnologie für Materialien mit großen Brechungsindexunterschieden, die Farbkontroll-Dünnfilmbeschichtungstechnologie zur Gestaltung optischer Eigenschaften und die natürliche Struktur nachahmende Strukturfarbtechnologie als Farbauftragsmethoden verwendet, um die Ästhetik transparenter Dünnschicht-Solarzellen zu verbessern Zellen. Diese Technologien eignen sich jedoch aufgrund eines breiten Reflexionsbandes und eines hohen Reflexionsvermögens nicht für Solarzellen, die sichtbares Licht absorbieren, oder sie erfordern komplexe Technologien, die aufgrund von zwei oder mehr Materialien und Prozessen nur schwer industriell anwendbar sind.

Das Forschungsteam bildete durch periodische Wasserstoffreaktionen mehrschichtige Dünnfilme mit unterschiedlichen Brechungsindizes und lagerte gleichzeitig Zinkoxid-Dünnfilme mithilfe der Vakuum-Sputter-Abscheidungsmethode ab, die in allgemeinen Halbleiter- und Solarzellenherstellungsprozessen verwendet wird. Anschließend erhielten sie die drei Primärfarben des Lichts, indem sie die Dicke des mehrschichtigen Dünnfilms anpassten. Damals ließ sich die Farbe der Elektrode auch bei der Anwendung auf einer Solarzelle, die Licht im sichtbaren Lichtbereich absorbiert, gut umsetzen.

Die mehrschichtige transparente Dünnschichtelektrode auf Basis eines einzigen Materials erfordert keine zusätzliche Bearbeitung. Es wird erwartet, dass verschiedene Farben und ein hoher Wirkungsgrad von Dünnschichtsolarzellen zu geringen Kosten realisiert werden können. Da die reflektierende Farbe außerdem als optischer Filter implementiert ist, kann sie in verschiedenen Bereichen wie Bildsensoren, Fotolithographiemasken und Infrarotabschirmung eingesetzt werden.

Dr. Jung-dae Kwon, einer der Hauptforscher, sagte: „Wenn diese Technologie kommerzialisiert wird, wird sie dazu beitragen, eine einfache und prozessfreie Lichtfiltertechnologie und hocheffiziente transparente Dünnschichtsolarzellen mit farbigem flexiblem Substrat zu entwickeln und zu realisieren.“ BIPV-Systeme für moderne Gebäude und VIPV-Systeme für Fahrzeuge mit ästhetischen Merkmalen.“

Diese Forschung wurde im Rahmen des Grundlagenforschungsprojekts des Korea Institute of Materials Science und des Energietechnologie-Entwicklungsprojekts des Korea Institute of Energy Technology Evaluation and Planning durchgeführt. Basierend auf dieser Forschung führt das Forschungsteam aktiv Folgeforschung im Bereich Solarmodule durch, die Farben ausdrücken, wobei sowohl die ästhetischen als auch praktischen Aspekte von BIPV berücksichtigt werden.

Mehr Informationen: Soo-Won Choi et al., Flexible, mehrschichtige, färbende, transparente Elektrode aus AZO-basierten Materialien, Chemical Engineering Journal (2023). DOI: 10.1016/j.cej.2023.145226