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Institut für Energie- und Klimaforschung

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Bauelement-Entwicklung

Die Gruppe arbeitet an der Entwicklung kostengünstiger und effizienter Dünnschicht-Silizium-Stapelschichtsysteme für Solarzellen und deren Integration in Solarmodule. Der Fokus der Gruppe Bauelement-Entwicklung liegt auf Stapelsolarzellen (Tandem- und Trippelzellen), die aus wasserstoffhaltigem, amorphem (a-Si:H) und mikrokristallinem (µc-Si:H) Silizium bestehen, das auf die Leistungskonversion des gesamten Sonnenspektrum adaptiert ist. Das Trippelzellen-Konzept bietet hohe Wirkungsgrade und einen großen Bereich von Ausgangsspannungen (1-3 V). Die Möglichkeit, die Ausgangsspannung von Dünnschicht-Silizium-Technologie zu variieren ist einzigartig. Sie kann für zukünftige Anwendungen, wie elektrochemischer Energiespeicherung in einer direkt gekoppelten Batterie oder wie direkter Wasserstoff-Produktion über photoelektrochemische Wasserspaltung, eingesetzt werden.

Ein Ziel unserer Arbeit ist es, das Lichtmanagement und die Zellwirkungsgrade von Stapelsolarzellen durch den Austausch herkömmlicher Dotierschichten mit neuartigen hochtransparenten und leitfähigen Schichten aus wasserstoffhaltigen Siliziumoxid Legierungen (a/µc-SiOx:H) zu verbessern. Die neuartigen Schichten sollen sowohl als Fensterschicht, als Zwischenreflektor und als Rückereflektorschicht in das Bauelement implementiert werden.

Verfahren wie die Plasma-Enhanced Chemical Vapour Deposition (PECVD) werden zur Herstellung und zur Untersuchung von verschiedenen Arten von Silizium-Stapelsolarzellen und Silizium-Sauerstoff-Legierungen benutzt. Der PECVD-Prozess wird im Hinblick auf die gewünschten Materialeigenschaften, auf mögliche technische Anwendungen und auf die Hochskalierung  auf industrielle Prozesse optimiert.

Ein weiteres Arbeitsfeld der Gruppe ist die Analyse der Einflüsse von Verunreinigungen (Sauerstoff und Stickstoff) auf die Materialeigenschaften der a-Si:H und μc-Si:H Schichten und die entsprechende Solarzellenleistung. Für die Herstellung von a-Si:H und μc-Si:H p-i-n Solarzellen mit hohen Wirkungsgraden ist eine geringe Konzentration von Verunreinigungen in der i-Schicht erforderlich. Die Leistung der Gruppe ist die Feststellung, dass eine höhere Menge an Sauerstoff im Dünnschicht-Silizium eingebaut werden kann als bisher angenommen, ohne das eine Verschlechterung der Qualität eintritt. Somit können prinzipiell kostengünstige-PECVD-Anlagen und kostengünstige Prozesse angewendet werden, um gegenüber aktuellen Verfahren eine signifikante Kostenreduktion zu erreichen.

BauelemEntw04

Anlagen, Experimente und Methodik

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Ansprechpartner:

Dr. Tsvetelina Merdzhanova
Telefon: +49 2461 61-3177
E-Mail: t.merdzhanova@fz-juelich.de


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