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Masterarbeit: Simulation von Kapazitätsmessungen an Dünnschichtsolarzellen

Ausschreibendes Institut: IEK-5 - Photovoltaik
Kennziffer: D030/2014, Elektrotechnik oder Nanostrukturtechnik

Projekt:
Solarzellen sind Halbleiterbauelemente, die typischerweise ein eingebautes elektrisches Feld besitzen. Dieses elektrische Feld, sowie die Ladungen in dem Halbleiter haben einen Einfluss auf die elektrische Kapazität des Bauelements. Ist z.B. die Dotierung sehr hoch und deswegen die Raumladungszone sehr schmal, wird diese Kapazität bei gegebener Spannung recht hoch sein. Dies ist vergleichbar mit einem Plattenkondensator mit geringem Plattenabstand. Zusätzlich zu dieser Kapazität der Raumladungszone, kann die Kapazität des Bauelements ebenfalls durch optisch oder elektrisch injizierte Ladungsträger verändert werden. Solche Ladungsträger befinden sich nach ihrer Injektion in den Band- oder Defektzuständen des Halbleiters. Somit können Defektzustände durch Messung der Kapazität charakterisiert werden. Man nutzt dabei aus, dass Ladungsträger in Defekten für einen bestimmten Zeitraum gefangen sind, bevor sie durch thermische Anregung wieder frei beweglich werden. Falls eine ausreichend niedrige Modulationsfrequenz an eine Solarzellen angelegt wird, reicht eine Periode des Sinus aus, um Ladungsträger zu injizieren, in Defekten zu fangen, und sie nach der thermische Anregung wieder zu extrahieren. In diesem Fall trägt die Ladung auf den Defekten zur gemessenen Kapazität beitragen. Erhöht man allerdings diese Modulationsfrequenz, werden weniger Defekte aufgeladen, so dass diese nicht mehr zur Gesamtkapazität der Solarzelle beitragen und letztendlich nur noch die freien Ladungsträger gemessen werden. Dies bedeutet, dass die Frequenzabhängigkeit der Kapazität ein wichtiger Parameter ist, um die Energieabhängigkeit von Defektzuständen zu untersuchen.

Obwohl Kapazitätsmessungen ein sehr mächtiges Werkzeug sind, um Solarzellen zu untersuchen, besser zu verstehen, und somit weiter zu optimieren, ist die korrekte Interpretation der Messungen eine Herausforderung. Aus diesem Grund beschäftigt sich dieses Master-Arbeits Projekt mit der Simulation von Kapazitätsmessungen von Dünnschichtsolarzellen. Die Simulationen werden hauptsächlich mit der Software SCAPS (von der Universität Gent in Belgien) durchgeführt. Das bedeutet, dass eigene Programmiertätigkeit in diesem Projekt nicht im Vordergrund steht. Stattdessen soll der Student verschiedene Varianten der Kapazitätsmessung an Dünnschichtsolarzellen in der Software nachstellen und aufgrund seiner Ergebnisse, Vorschläge entwickeln, wie Kapazitätsmessungen idealerweise ausgewertet werden sollen. Spezifische Fragestellungen, die bearbeitet werden sollen, sind die Interpretation von Kapazitätsmessungen unter Beleuchtung, die Bestimmung der Defektkonzentration und der Zustandsdichte von Defekten, sowie die Messung von Ladungsträgerbeweglichkeiten.

Kontakt
Für weitere Informationen kontaktieren Sie bitte

Prof. Dr. Thomas Kirchartz
Institut für Energie- und Klimaforschung - Photovoltaik (IEK-5)
Tel. (02461) 61 96500
t.kirchartz@fz-juelich.de

Bitte schicken Sie Ihre Bewerbungsunterlagen per E-Mail an

Frau Andrea Mülheims
E-Mail: a.muelheims@fz-juelich.de


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