Strukturierte Sol-Gel-Antireflexoberfl\u00e4chen in der Siliciumphotovoltaik<\/p>\n
Das Promotionsprojekt befasst sich mit der Erforschung von Sol-Gelen als Antireflexstrukturen in der Siliciumphotovoltaik. Durch die additive Applikation der optisch aktiven Sol-Gel-Struktur sollen sowohl die Lichteinkopplung als auch die elektrischen Eigenschaften der PV Zelle verbessert werden.<\/p>\n
Die Bedeutung der erneuerbaren Energien ist seit Jahre sehr gro\u00c3\u0178 und wird auch in Zukunft aufgrund des fortschreitenden Klimawandels durch Verbrennung fossiler Brennstoffe nicht geringer werden. In der Photovoltaik wird auf lange Sicht kristallines Silicium das dominierende Absorbermaterial f\u00c3\u00bcr die Solarzellenherstellung bleiben. Daher ist es wichtig, die Stromerzeugung mittels Si-PV-Zellen zu verg\u00c3\u00bcnstigen. Dies ist m\u00c3\u00b6glich, in dem der PV-Zellwirkungsgrad weiter erh\u00c3\u00b6ht wird und die Produktionskosten sinken. Hier bietet die Vorderseitentextuierung einen Ansatzpunkt. So wird zurzeit bei der Siliciumzelle zur besseren Lichteinkopplung auf der Vorderseite ein \u00c3\u201etzverfahren angewendet, welches bei monokristallinem Silicium zur Entstehung von Random Pyramids und bei multikristallinen Si-Zellen durch die Verwendung eines sauren \u00c3\u201etzmediums zu der optisch etwas schlechteren, sogenannten Isotextur f\u00c3\u00bchrt. Die dabei entstehenden Strukturen sorgen f\u00c3\u00bcr eine gute Lichteinkopplung auf der Vorderseite der PV-Zelle. F\u00c3\u00bcr diesen \u00c3\u201etzprozess entfallen derzeit ~ 10 % der reinen Prozessierungskosten bei multikristallinem Silicium und \u00c3\u00bcber 15 % bei monokristallinem Silicium.<\/p>\n
Eine alternative Vorderseitentextuierung, bei der g\u00c3\u00a4nzlich auf \u00c3\u201etzprozesse verzichtet werden kann, ist die Verwendung von Sol-Gelen. Durch das additive Auftragen der Sol-Gele auf die planare, passivierte Oberfl\u00c3\u00a4che der PV-Zelle wird eine Verbesserung der elektrischen Eigenschaften und der Lichteinkopplung erwartet. Die Erzeugung der Struktur geschieht durch Pr\u00c3\u00a4gen der aufgetragenen Sol-Gel-Schicht mit elastomeren Stempeln. Durch diesen Prozess ist es m\u00c3\u00b6glich, die Strukturgeometrie und \u00e2\u20ac\u201cgr\u00c3\u00b6\u00c3\u0178e in einem gewissen Rahmen frei zu w\u00c3\u00a4hlen.<\/p>\n
Im Verlauf der Promotion soll zuerst anhand wellenoptischer Modellierungen die bestm\u00c3\u00b6gliche Kombination von Sol-Gel-Material und Pr\u00c3\u00a4gestruktur im Hinblick auf die Lichteinkopplung gefunden werden. Dazu werden wellenoptische Simulationen mit RCWA durchgef\u00c3\u00bchrt. Diese Ergebnisse werden zur Simulation der Zelle\/ des Moduls f\u00c3\u00bcr das Programm OPTOS verwendet und dieses wird zus\u00c3\u00a4tzlich erweitert. Mit den Ergebnissen aus der Simulation werden elastomere Stempel hergestellt, welche dann zum Pr\u00c3\u00a4gen der Struktur dienen. Der folgende Schritt ist das definierte Auftragen des Sol-Gels auf der Oberfl\u00c3\u00a4che der PV-Zelle. Hierzu werden im Rahmen der Promotion verschiedene Prozesse untersucht und bewertet. Der Fokus liegt hierbei auf der Entwicklung eines durchlauff\u00c3\u00a4higen Prozesses. Nach Auftragen und Pr\u00c3\u00a4gen der Schichten findet die Aush\u00c3\u00a4rtung mittels UV-Licht und Sintern statt. Daran an schlie\u00c3\u0178t sich die Untersuchung der entstandenen Schichten. <\/span><\/p>\n Zus\u00c3\u00a4tzlich zur optisch aktiven Antireflexstrukturierung soll eine m\u00c3\u00b6gliche Passivierwirkung und Leitf\u00c3\u00a4higkeit der Sol-Gele untersucht werden. Dies h\u00c3\u00a4tte den Vorteil, dass weitere Arbeitsschritte bei der Solarzellenherstellung entfallen w\u00c3\u00bcrden, da alle n\u00c3\u00b6tigen Eigenschaften der PV-Zelloberfl\u00c3\u00a4che durch das Auftragen, Pr\u00c3\u00a4gen und Aush\u00c3\u00a4rten des Sol-Gels abgedeckt werden w\u00c3\u00bcrden. Damit k\u00c3\u00b6nnte die Kostenstruktur weiter verbessert werden.<\/span><\/p>\n Die realisierten Strukturen sollen anschlie\u00c3\u0178end bez\u00c3\u00bcglich ihrer Topographie mittels verschiedener mikroskopischer Verfahren untersucht werden. Zus\u00c3\u00a4tzlich sollen die optischen Eigenschaften der Strukturen spektrometrisch erfasst werden. Die Passivierwirkung der Sol-Gel-Schichten wird mittels Messung der Lebensdauer der Minorit\u00c3\u00a4tsladungstr\u00c3\u00a4ger untersucht. Bez\u00c3\u00bcglich der elektrischen Eigenschaften werden Kontakt- und Schichtwiderst\u00c3\u00a4nde bestimmt.<\/span><\/span><\/p>\n Schlie\u00c3\u0178lich sollen die Entwicklungen auf Solarzell- und Modulebene untersucht werden. Eine Herausforderung hierbei besteht darin, die neu entwickelten Prozesse in die Solarzellenfertigung zu integrieren und gegebenenfalls anzupassen. Wichtige Zielgr\u00c3\u00b6\u00c3\u0178en, welche letztendlich durch die in der Promotion angestrebten Entwicklungen beeinflusst werden sollen, sind der Kurzschlussstrom (Ma\u00c3\u0178 f\u00c3\u00bcr die Lichteinkopplung) und die offene Klemmenspannnung (Ma\u00c3\u0178 f\u00c3\u00bcr die Oberfl\u00c3\u00a4chenpassivierung).<\/span><\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":" Strukturierte Sol-Gel-Antireflexoberfl\u00e4chen in der Siliciumphotovoltaik Das Promotionsprojekt befasst sich mit der Erforschung von Sol-Gelen als Antireflexstrukturen in der Siliciumphotovoltaik. Durch die additive Applikation der optisch aktiven Sol-Gel-Struktur sollen sowohl die Lichteinkopplung als auch die elektrischen Eigenschaften der PV Zelle verbessert werden. 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