Absorptionsschicht

Absorptionsschicht bezeichnet in optoelektronischen Bauelementen die aktive Schicht, die Licht absorbiert und daraus Photoerzeugung von Ladungsträgern hervorbringt. Sie befindet sich typischerweise in Solarzellen, Photodioden, LEDs und anderen Lichtwandlern und bestimmt maßgeblich die spektrale Empfindlichkeit und Effizienz des Geräts.

Wichtige Eigenschaften und Einflussfaktoren sind der Bandabstand bzw. die Bandlücke des Materials, der Absorptionskoeffizient alpha, die Dicke der Schicht und die daraus resultierende Absorptionslänge 1/alpha. Je größer alpha bei einer bestimmten Wellenlänge, desto stärker wird Licht absorption. Die Dicke der Absorptionsschicht wird so gewählt, dass möglichst viel Licht absorbiert wird, oft durch d ≥ mehr als ein paar Hundert Nanometer bis Mikrometer, je nach Material. In organischen oder Hybridmaterialien sind Exzitonen oft stark gebunden, wodurch die Ladungstrennung an Grenzflächen oder in heterostrukturierten Strukturen erfolgt.

Funktionell erzeugt die Absorptionsschicht bei Lichtabsorption Elektronen und Löcher. In vielen Bauelementen erfolgt die Trennung der Ladungsträger durch ein internes Feld einer P-N-Verbindung, durch Grenzflächen mit Transportschichten oder durch andere Kopplungen, sodass ein nutzbarer Strom entsteht. Wichtige Parameter sind dabei die Diffusionslänge der Ladungsträger, ihre Mobilität und die Rekombinationsqzeiten, die die Höhe der Ausbeute beeinflussen.

Typische Materialien und Anwendungen umfassen Silizium als absorber in herkömmlichen Solarzellen, Dünnschichtabsorber wie CdTe oder CIGS, sowie Perowskit- und organische Halbleiter in entsprechenden Detektoren und Solarzellen. Die Wahl des Materials und die jeweilige Schichtarchitektur bestimmen das Spektrum, die Effizienz und die Temperaturstabilität des Endprodukts.