Ultradünne transparente Silberschichten für Solarzellen

In der Zeitschrift „Angewandte Chemie“ berichtet ein Team um Prof. Dr. Anjana Devi und Nils Boysen aus der Bochumer Arbeitsgruppe Chemie Anorganischer Materialien zusammen mit der Gruppe um Prof. Dr. Thomas Riedl vom Wuppertaler Lehrstuhl für Elektronische Bauelemente über einen neuen Syntheseweg. Der Artikel wurde am 27. September 2018 online vorab veröffentlicht.

Neue chemische Vorstufe

„Die Vorstufen für die Abscheidung von ultradünnen Silberschichten sind äußerst empfindlich gegenüber Luft und Licht“, erklärt Nils Boysen. Zwar lassen sich die Vorstufen mit Fluor, Phosphor oder Sauerstoff stabilisieren.

„Allerdings verunreinigen diese Elemente die Dünnschicht und verschmutzen die Geräte, mit denen die Schichten hergestellt werden“, so der Forscher weiter. Im Rahmen seiner Masterarbeit entwickelte Boysen gemeinsam mit Kollegen eine Alternative für die Stabilisierung.

Die Wissenschaftler konzipierten eine chemische Silbervorstufe, in der das Silber in einem Amid und einem Carben verpackt ist und die somit ohne die Stabilisierung mit Fluor, Phosphor oder Sauerstoff auskommt.

Sie zeigten, dass mit der neuen Vorstufe dünne Silberschichten auf eine Elektrode aufgetragen werden können. Dazu nutzten sie die Atomlagenabscheidung.

Bei dem Verfahren wird die Vorstufe in Gasform zur Elektrode transportiert und dort als Silberschicht von nur wenigen Atomdicken abgeschieden. Weil der Silberfilm so dünn ist, ist er durchsichtig.

„Da der Prozess bei Atmosphärendruck und niedrigen Temperaturen funktioniert, wären die Rahmenbedingungen für eine industrielle Fertigung günstig“, sagt Anjana Devi.

Aussicht auf hocheffiziente Solarzellen und Leuchten

Mit einer Reihe von Tests zeigten die Forscherinnen und Forscher, dass die mit dem neuen Verfahren produzierten Silberdünnschichten rein und elektrisch leitfähig sind.

„Aus prozesstechnischer Sicht öffnet die erfolgreiche Synthese der neuen Vorstufe die Tür, ultradünne Silberschichten zu realisieren“, resümiert Thomas Riedl. „Sie stellen die Produktion von neuen Elektroden für hocheffiziente Solarzellen und Leuchten in Aussicht.“

„Die interdisziplinäre Zusammenarbeit zwischen den Bochumer Materialwissenschaftlern und den Wuppertaler Ingenieuren war der Schlüssel zum Erfolg”, sagt Anjana Devi.

Prof. Dr. Anjana Devi
Chemie Anorganischer Materialien
Lehrstuhl für Anorganische Chemie II
Ruhr-Universität Bochum
Tel.: 0234 32 24150
E-Mail: anjana.devi@rub.de

Nils Boysen, Tim Hasselmann, Sarah Karle, Detlef Rogalla, Detlef Theirich, Manuela Winter, Thomas Riedl, Anjana Devi: Ein N-heterocyclischer Carbenkomplex des Silbers für die plasmaunterstützte räumlich getrennte Atomlagenabscheidung dünner Silberschichten bei Atmosphärendruck, in: Angewandte Chemie, 2018, DOI: 10.1002/ange.201808586

Nils Boysen, Tim Hasselmann, Sarah Karle, Detlef Rogalla, Detlef Theirich, Manuela Winter, Thomas Riedl, Anjana Devi: An N-heterocyclic carbene based silver precursor for plasma-enhanced spatial atomic layer deposition of silver thin films at atmospheric pressure, Angewandte Chemie International Edition, 2018, DOI: 10.1002/anie.201808586