Vergrabene Schichten, verborgene Schätze: Adlershofer Analyse-Strategien für Solarzellen und seltene Erden

25. März 2014

Vergrabene Schichten, verborgene Schätze

Adlershofer Analyse-Strategien für Solarzellen und seltene Erden

Das Energy Materials In-Situ Laboratory Berlin (EMIL) eröffnet 2015. Bild: © Adlershof Special

Das Energy Materials In-Situ Laboratory Berlin (EMIL) eröffnet 2015. Bild: © Adlershof Special

Im Inneren von Solarzellen gibt es Bereiche, die Ladungstransport behindern können. Prof. Klaus Lips vom Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB), der an der Freien Universität (FU) Berlin „Analytik für die Photovoltaik“ lehrt, spricht von einer „vergrabenen Schicht“. „Es handelt sich um die Grenzfläche zwischen der lichtaktiven Schicht etwa aus kristallinem Silizium und dem ladungstrennenden Kontakt“, sagt der Leiter des Projekts Energy Materials In-Situ Laboratory Berlin (EMIL), an dem HZB und Max-Planck-Gesellschaft (MPG) beteiligt sind.

Hier könnten Verluste auftreten, die den Wirkungsgrad beeinträchtigen. Neue Materialien sind gefragt. Die Fertigung, etwa das Wachstum der lichtaktiven Schicht, erfordert oft Ultrahochvakuum und höchste Reinheit. Bei der anschließenden Analyse per Röntgenlicht, etwa im Elektronenspeicherring BESSY II, lässt sich dies derzeit nicht realisieren. Beim Transport ins Strahlungsrohr setzen sich störende Schmutzpartikel oder Gasmoleküle fest.

Proben aus dem Ultrahoch-Vakuumbereich direkt ins Röntgenspektrometer

Mit EMIL, einem weltweit einmaligen Präparations- und Analyselabor, das an BESSY II andockt, soll das anders werden. „Ab 2015 können wir Proben direkt ins Röntgenspektrometer einschleusen, ohne dass sie aus dem Ultrahoch-Vakuumbereich heraus müssen“, sagt Lips. Prozesse, die an den sensiblen Grenzflächen der Solarmodule ablaufen, könnten so schon bei der Herstellung analysiert werden. Auch Katalysatoren ließen sich mit dieser Methodik bei der Arbeit beobachten. Firmen sollen die Anlage ebenfalls nutzen können.

Vor-Ort-Analyse von metallischen Rohstoffen

Für die Industrie von Interesse sind Projekte, die vom Institute for Scientific Instruments (IfG) in Adlershof koordiniert und vom Institut für angewandte Photonik (IAP) wesentlich mitgetragen werden. Es geht um die Vor-Ort-Analyse von metallischen Rohstoffen. Seltene Erden, die für High-Tech-Geräte benötigt werden, gehören dazu. Ob sich der Abbau ökonomisch lohnt, lässt sich nur mit genauen Analysen vor Ort entscheiden. Für entsprechende Untersuchungen eignen sich insbesondere mobile Röntgenfluoreszenzspektrometer, die speziell an die Anforderungen des Bergbaus angepasst sind. Die Kombination mit der Röntgendiffraktometrie würde das Einsatzspektrum solcher Messgeräte erheblich erweitern.

Superschnell, exakt und farbenprächtig sind die Analysen des XRF-Mine-Spektrometers, das im Rahmen des MEGA-Projekts entwickelt wird. Die Röntgenfarbkamera soll winzige Spuren metallischer Rohstoffe analysieren können. „In Falschfarben wird dargestellt, wie die Elemente in der Probe verteilt sind“, sagt Wedell.

Von Paul Janositz für Adlershof Special

www.iap-adlershof.de
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