{"id":52343,"date":"2026-01-27T10:46:44","date_gmt":"2026-01-27T09:46:44","guid":{"rendered":"https:\/\/www.dbu.de\/promotionsstipendium\/20018-574\/"},"modified":"2026-01-27T10:46:45","modified_gmt":"2026-01-27T09:46:45","slug":"20018-574","status":"publish","type":"promotionsstipendium","link":"https:\/\/www.dbu.de\/en\/promotionsstipendium\/20018-574\/","title":{"rendered":"Numerische Simulation und Analyse neuartiger Grenzschichten f\u00fcr h\u00f6chsteffiziente Solarzellen basierend auf Silizium als Absorbermaterial anwendbar auf Siliziumheterojunction-, Tandem- und Tunneloxid-basierte Technologien"},"content":{"rendered":"<p>Numerische Simulation und Analyse neuartiger Grenzschichten f\u00fcr h\u00f6chsteffiziente Siliziumsolarzellen<\/p>\n<p style=\"text-align:justify;\">Die Transformation des weltweiten Energiesystems hin zu 100% erneuerbarer Ener\u00adgien erfordert unter anderem die Entwicklung kosteng\u00fcnstiger und h\u00f6chst\u00adeffizienter Photovoltaikanlagen. Siliziumsolarzellen basierend auf sogenannten passivierenden Kontaktsystemen sowie Tandemsolarzellen werden als die n\u00e4chsten gro\u00dfen Entwicklungsschritte angesehen und verzeichnen bereits beachtliche Erfolge im Labor und auf industrieller Ebene. Allerdings stellen sich neue Herausforderungen auf dem Weg von konventionellen Solarzelltechnologien (d.h. der PERC Technologie) hin zu passivier\u00adenden Kontakten und Tandem\u00ad\u00adso\u00adlar\u00adzellen: Da diese typischer\u00adweise aus mehreren D\u00fcnnschichtsystemen bestehen, r\u00fccken sowohl die damit verbun\u00addenen parasit\u00e4ren Absorptions\u00adverluste als auch der nicht-tri\u00adviale Ladungstr\u00e4gertransport an den jeweiligen Grenz\u00adfl\u00e4chen (inklusive des Tunnel\u00adtrans\u00ad\u00ad\u00adports) in den Fokus der Zell\u00adentwicklung. Um die Forschung und Entwick\u00adlung die\u00adser Hocheffizienzsolarzellen der kommenden Gene\u00adration voranzu\u00adtreiben, wer\u00adden unter anderem auch pr\u00e4zise Simulationsmodelle ben\u00f6tigt.<\/p>\n<p style=\"text-align:justify;\">Die vorliegende Dissertation beinhaltet eine umfangreiche Untersuchung h\u00f6chst\u00adeffizienter Siliziumsolarzellen mittels numerischer Simulation und besch\u00e4ftigt sich mit deren Integration als Unterzelltechnologie in neuartigen Perowskit-Silizium Tandem\u00adsolarzellen. Die Arbeit umfasst detaillierte optoelektrische Zellsimulationen basier\u00adend auf neuesten physikalischen Modellen und untersucht die relevantesten Solar\u00adzellen\u00adkonzepte mit passivierenden Kontakten, wie beispielsweise die tunneloxid\u00adpassi\u00advier\u00adenden Kontakte (TOPCon) oder Siliziumheterostrukturen (SHJ) mit dotiertem amor\u00adphem Silizium sowie alternative Metalloxid-basierte Kontaktschichten.<\/p>\n<p style=\"text-align:justify;\">Die Beschreibung solcher Zellen konnte im Rahmen dieser Arbeit durch zwei wes\u00adentliche wissenschaftliche Beitr\u00e4ge verbessert werden: Zum einen wurde eine ex\u00adperi\u00admentell validierte Parametrisierung der freien Ladungstr\u00e4gerabsorption in dotier\u00adten (polykristallinen) Siliziumschichten in die optischen Simulationsmodelle im\u00adple\u00admentiert, die eine akkurate Beschreibung der parasit\u00e4ren Verluste in passivier\u00adenden Kontakten wie beispielsweise TOPCon erm\u00f6glicht. Zum anderen wurde ein ausgereiftes semi-klassisches Defektstellen-basiertes Tunnelmodell (trap-assisted tunneling, TAT) in die elektrischen Simulationen implementiert, welches den komplexen Ladungstr\u00e4ger\u00adtrans\u00adport in passivierenden Kontakten wie SHJ Zellen abbilden kann. Basierend auf diesen Neuerungen kann die vorliegende Arbeit einige Errungenschaften zum wissen\u00adschaft\u00adlichen Diskurs beisteuern:<\/p>\n<ul>\n<li>Die erste detaillierte Beschreibung des Ladungstr\u00e4gertransportes in Silizium\u00adhetero\u00adstrukturen mit \u00dcbergangsmetalloxiden (TMOs) als alternative Kontakt\u00admaterialien inklusive Tunneltransport an den TMO Defektstellen. Experi\u00admen\u00adtell gemessene Leistungsverluste k\u00f6nnen durch das Simulationsmodell abgebil\u00addet und Anforderungen f\u00fcr ideale Ladungstr\u00e4gerextraktion abgeleitet werden.<\/li>\n<li>Ein erweitertes elektrisches Simulationsmodell, welches den Ladungstr\u00e4ger\u00adtrans\u00adport in Siliziumheterostrukturen (SHJ) basierend auf amorphem Silizium inklusive des Tunneltransports an den Defektzust\u00e4nden be\u00adschreibt. Mithilfe des Modells konnten parasit\u00e4re Grenzfl\u00e4chenoxide als m\u00f6gliche Ursache f\u00fcr den ex\u00adperimentell beobachteten Anstieg des Kontaktwiderstands bei SHJ und TOPCon Zellen identifiziert werden.<\/li>\n<li>Ein detailliertes optoelektrisches Simulationsmodell f\u00fcr industrielle PERC-\u00e4hn\u00adliche Solarzellen mit TOPCon-Passivierung, welches die parasit\u00e4ren opti\u00adschen Verluste aufgrund freier Ladungstr\u00e4gerabsorption in den polykristallinen Sili\u00adzium\u00add\u00fcnn\u00adschichten detailliert beschreibt und damit eine akkurate Potenzial\u00adab\u00adsch\u00e4tz\u00adung der verschiedenen Zellkonzepte in Form einer Roadmap erm\u00f6glicht.<\/li>\n<li>Ein experimentell validiertes optisches Modell f\u00fcr eine Perowskit-Silizium Tandemsolarzelle mit dessen Hilfe eine genaue Effizienzanalyse der wichtigsten Siliziumtechnologien f\u00fcr deren jeweiligen Einsatz als Unterzelltechnologie in der Tandemzelle durchgef\u00fchrt wurde.<\/li>\n<li>Entwicklung optoelektrischer Simulationsmodelle f\u00fcr die wichtigsten PERC-basierten Unterzellen f\u00fcr eine kosteng\u00fcnstige Anwendung in Perowskit-Silizium Tandemsolarzellen. Die detaillierte Potenzialanalyse zeigt einen Ver\u00adgleich der zu erwartenden Tandemeffizienzen verschiedener Perowskit-PERC Konzepte.<\/li>\n<li>Ein erstes optoelektrisches Simulationsmodell zur Optimierung der Vorder\u00adsei\u00adten\u00adelektrode von modulintegrierten Perowskit-Silizium Tandemsolar\u00adzellen, mit welchem verschiedene experimentell gemessene TCOs (transparente leit\u00adf\u00e4hige Oxide) und Metallisierungen untersucht werden k\u00f6nnen.<\/li>\n<\/ul>\n<p style=\"text-align:justify;\">Alle genannten Themengebiete wurden in enger Zusammenarbeit mit dem Fraun\u00adhofer-Institut f\u00fcr Solare Energiesysteme (ISE) erarbeitet, welche die jeweiligen experi\u00admen\u00adtellen Teststrukturen in hochmodernen Laboren entwickeln. Somit ist sichergestellt, dass die vorliegende Arbeit nicht von rein theoretischer Natur ist, sondern vielmehr ge\u00adkoppelt an aktuelle experimentelle Herausforderungen sowie technologische Be\u00adschr\u00e4nk\u00adungen. Zus\u00e4tzlich erm\u00f6glicht die simulative Arbeit Potenzialabsch\u00e4tzungen zuk\u00fcnftiger Ver\u00adbesserungen und ist daher hochrelevant f\u00fcr die aktuelle Forschung und Entwicklung der kommenden Generation von Siliziumzelltechnologien.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"<p>Numerische Simulation und Analyse neuartiger Grenzschichten f\u00fcr h\u00f6chsteffiziente Siliziumsolarzellen Die Transformation des weltweiten Energiesystems hin zu 100% erneuerbarer Ener\u00adgien erfordert unter anderem die Entwicklung kosteng\u00fcnstiger und h\u00f6chst\u00adeffizienter Photovoltaikanlagen. Siliziumsolarzellen basierend auf sogenannten passivierenden Kontaktsystemen sowie Tandemsolarzellen werden als die n\u00e4chsten gro\u00dfen Entwicklungsschritte angesehen und verzeichnen bereits beachtliche Erfolge im Labor und auf industrieller Ebene. 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