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Institut für Energie- und Klimaforschung

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Doktorand/in: Entwicklung laserbasierter Kontaktierungs- und Verschaltungskonzepte für flüssigphasenkristallisierte Siliziumsolarzellen

Ausschreibendes Institut: IEK-5 - Photovoltaik
Kennziffer: D041/2017, Elektrotechnik, Maschinenbau, Materialwissenschaften, Physik

Das Institut:
Am Institut für Energie- und Klimaforschung (IEK-5) - Photovoltaik werden neuartige Materialien sowie innovative Bauelementarchitekturen für die nachhaltige Photovoltaik auf der Basis dünner Schichten erforscht. Dabei werden einerseits die physikalischen Grundlagen der hauptsächlich ungeordneten Materialsysteme untersucht, etwa von amorphem und mikrokristallinem Silizium und deren Legierungen, organischen und hybriden Strukturen sowie von diversen funktionalen Oxiden. Andererseits werden zukunftsweisende technologische Anwendungen entwickelt, z.B. Passivier- und Kontaktschichten für Hocheffizienz-Silizium-Heterostruktursolarzellen sowie optimierte Silizium-Dünnschicht-Stapelzellen für Anwendungen im Bereich der solaren Wasserspaltung.

Aufgabengebiet:
In den letzten Jahren hat der Trend zur laserbasierten Prozessierung in der Industrie deutlich zugenommen, sodass der Laser aus vielen Bereichen der industriellen Fertigung nicht mehr wegzudenken ist. Grund hierfür sind die ausgezeichneten Eigenschaften moderner Laserquellen hinsichtlich Stabilität und Verfügbarkeit. Zudem bietet der Laser aus prozesstechnischer Sicht den Vorteil eines sowohl räumlichen als auch zeitlich sehr definierten Energieeintrages in das zu bearbeitende Werkstück. Der Trend des verstärkten Lasereinsatzes hat sich auch in der Photovoltaikindustrie durchgesetzt. So wird der Laser im Bereich kristalliner Solarzellen sowohl zum Herstellen von Kontaktgeometrien und Isolationsgräben als auch zur selektiven Diffusion von Dotierstoffen industriell eingesetzt. In der Dünnschicht-Photovoltaik wird er u. a. für die Herstellung der integrierten Serienverschaltung von Solarmodulen sowie zur Randentschichtung von Glassubstraten verwendet.

Im Rahmen eines Verbundprojektes wird von den Partnern Forschungszentrum Jülich, Helmholzzentrum Berlin und LIMO Lissotschenko Mikrooptik die s.g. LLPC Photovoltaiktechnologie (laser based liquid phase crystallization) für hoch-effiziente poly-Siliziumsolarzellen unter Kommerzialisierungsaspekten weiterentwickelt. LLPC birgt ein signifikantes Kosten- und Materialeinsparungspotential und nutzt zudem Prozesse der etablierten Silizium-Wafer Technologie. Um dieser Technologie den Durchbruch zu ermöglichen, werden in dem Projekt 3 Kernthemen bearbeitet: Erstens wird die Technologie auf größere Substratflächen aufskaliert, um eine industrienahe Umsetzbarkeit zu demonstrieren. Zweitens werden geeignete Zell- und Modulverschaltungskonzepte entwickelt, die das Potential der Technologie ausschöpfen. Zuletzt wird ein Transfer auf kostengünstige Kalk-Natron-Gläser durchgeführt, um die Substratkosten zu minimieren.

Die Aufgabe der Promotionsarbeit ist insbesondere im zweiten Themenkomplex angesiedelt. Hierbei sollen geeignete Kontaktierungsverfahren für die LLPC-Solarzelle entwickelt werden, die sowohl eine schädigungsarme und somit effiziente einseitige Kontaktierung der Zelle ermöglicht als auch kostengünstig und aufskalierbar sind. Zur Erzeugung und Optimierung der notwendigen Kontaktgeometrien werden abtragende Laserablationsprozesse im Nano- bis Femtosekundenpulsbereich, thermische Laserprozesse im cw-Bereich sowie generierende Inkjet-Druckverfahren eingesetzt und detailliert untersucht werden. Hiermit hergestellten Bauelemente sollen hinsichtlich ihrer Effizienz optimiert und anschließend zu Modulen aufskaliert und verschaltet werden.

Anforderungen:

  • Erfolgreich abgeschlossene Hochschulstudium im Bereich Elektrotechnik, Maschinenbau, Materialwissenschaften, Physik, oder Vergleichbarem
  • Gute Kenntnisse der Festkörper- und Halbleiterphysik, Vorkenntnisse auf dem Gebiet der Photovoltaik erwünscht
  • Gute Kenntnisse der Lasermaterialbearbeitung
  • Basiswissen zu Simulationssoftware wie z.B. COMSOL/Spice etc.
  • Strukturierte Arbeitsweise, schnelle Auffassungsgabe, Erfahrungen mit Laborarbeit erwünscht
  • Aufgrund der Vielseitigkeit des Aufgabengebietes sind Flexibilität und hohe Teamfähigkeit notwendig

Hinweis auf Befristung:
Die Stelle ist befristet auf drei Jahre

Das Forschungszentrum Jülich möchte mehr Mitarbeiterinnen in diesem Bereich beschäftigen. Wir sind daher an der Bewerbung von Frauen besonders interessiert. Bewerbungen schwerbehinderter Menschen sind uns willkommen.

Ansprechpartner:
Dr. Stefan Haas
Institut für Energie- und Klimaforschung – Photovoltaik (IEK-5), Forschungszentrum Jülich
E-Mail: st.haas@fz-juelich.de
Tel.: 02461-61-9099

Bewerbungen bitte an:
Frau Andrea Mülheims (a.muelheims@fz-juelich.de)


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