In Solarzellen muss die Schicht einerseits leitfähig sein, weil sie die obere Elektrode bildet. Gleichzeitig muss sie transparent sein, damit das Sonnenlicht die Ebene darunter erreicht, in der Strom hergestellt wird. Die Oxide, die diese Schicht bilden, können durch das absichtliche Hinzufügen von Verunreinigungen leitfähig gemacht werden. Zinkoxid mit hinzugefügtem Aluminium ist ein häufig verwendetes Beispiel. In diesem Fall gibt das Aluminium freie Elektronen, die für die Leitfähigkeit verantwortlich sind, an das Zinkoxid ab. Doch weil diese freien Elektronen auch Infrarotlicht absorbieren, kann weniger Sonnenenergie durchströmen.
Gasplasma macht Zinkoxidschicht leitfähiger
Um pures Zinkoxid leitfähiger zu machen, veränderte das Team der Universität Luxemburg und von TDK das Verfahren zur Herstellung der Schicht, indem ein zusätzliches Gasplasma in den Sputter-Prozess integriert wurde. Auf diese Weise wird das Material auch ohne Aluminium leitfähig. Diese Methode ermöglicht es, weniger, aber dafür schnellere Elektronen zu erhalten. Die Leitfähigkeit bleibt so ähnlich der von Aluminium, aber die Transparenz im Infrarotbereich wird verbessert, da weniger freie Elektronen auch weniger Absorption verursachen.
Leitfähigkeit der Solarzelle bleibt auch an der Luft erhalten
Ein besonderer Forschungserfolg ist dabei, dass die Schichten in einem einstufigen Verfahren hergestellt wurden und gleichzeitig an der Luft stabil blieben. „Die von der Universität Luxemburg hergestellten Schichten wurden anderthalb Jahre der Luft ausgesetzt und sind immer noch genauso leitfähig wie frisch nach der Herstellung“, sagt Prof. Susanne Siebentritt, Leiterin des Photovoltaiklabors an der Universität Luxemburg.
Forschungserfolg mit breitem Anwendungsspektrum
Die Verbesserung der Transparenz der Oxidschicht ist jedoch nicht nur für Solarzellen entscheidend, sondern auch für eine ganze Reihe anderer Technologien. Denn transparente, leitfähige Oxide werden in jedem Gerät eingesetzt, das Elektronik und Licht kombiniert, wie LED-Lampen, Solarzellen, Fotodetektoren oder auch Touchscreens. Sie verbinden die Eigenschaften von Metallen mit jenen von Oxiden, die normalerweise transparent, aber nicht leitfähig sind, wie beispielsweise Glas.
