Simulation von neuartigen Hocheffizienzsolarzellen auf Basis von n-dotiertem Silicium<\/p>\n
Neuartige Solarzellendesigns zielen darauf ab, die Effizienz der Stromgewinnung zu erh\u00c3\u00b6hen und die Solarzellen in der Herstellung g\u00c3\u00bcnstiger zu machen.
Ein Faktor von wachsender Bedeutung in der Entwicklung neuer Solarzellen ist die Begleitung der Entwicklungsphasen durch CAD gest\u00c3\u00bctzte Simulation. Hierbei ist das Ziel, auch komplizierte Zelldesigns hinsichtlich optischer und elektrischer Eigenschaften akkurat durch Simulation nachstellen zu k\u00c3\u00b6nnen.
Ein funktionierendes Simulationsmodell einer Solarzelle er\u00c3\u00b6ffnet M\u00c3\u00b6glichkeiten in der Zellentwicklung, die den Forschungsprozess beschleunigen und effizienter machen. So k\u00c3\u00b6nnen durch gezielte Variation einzelner Parameter im Zelldesign \u00c3\u201enderungen in der Solarzellenphysik getrennt voneinander beobachtet werden. Im praktischen Versuch ist dies oft unm\u00c3\u00b6glich, da Parameter meist untereinander korreliert sind. Durch die Simulation lassen sich die ver\u00c3\u00a4nderten physikalischen Vorg\u00c3\u00a4nge bei ver\u00c3\u00a4nderten Solarzellendesigns besser verstehen, was sich wiederum positiv auf die weitere Forschung auswirkt.
F\u00c3\u00bcr die Zellentwicklung bieten in der Planung oder Begleitung der Versuche durchgef\u00c3\u00bchrte Simulationen die M\u00c3\u00b6glichkeit, die Entwicklungszyklen klein zu halten und sowohl Kosten als auch eingesetzte Ressourcen f\u00c3\u00bcr Experimente zu reduzieren.
Konventionelle Silicium-Solarzellen wurden bisher auf positiv dotiertem (p-Typ) Silicium-Material hergestellt. Simulationsmodelle f\u00c3\u00bcr hocheffiziente p-Typ Solarzellen sind weit entwickelt und werden f\u00c3\u00bcr die Analyse und Optimierung z.B. von PERC- und MWT-Solarzellen erfolgreich eingesetzt.
Der Wechsel auf negativ dotiertes (n-Typ) Material, der bisher aufgrund ungeeigneter Produktionstechnologien unrentabel war, wird von den gro\u00c3\u0178en Solarzellenherstellern gerade St\u00c3\u00bcck f\u00c3\u00bcr St\u00c3\u00bcck vollzogen. Da n-Typ Silicium andere physikalische Eigenschaften hat und in der Prozessierung ver\u00c3\u00a4nderte technologische Randbedingungen mit sich bringt als p-Typ Material, m\u00c3\u00bcssen die Solarzellendesigns angepasst werden. Dies wiederum zieht ver\u00c3\u00a4nderte physikalische Gegebenheiten in einer n-Typ Solarzelle nach sich.
F\u00c3\u00bcr die Beschreibung der zu Grunde liegenden physikalischen Eigenschaften von Solarzellen auf p-Typ Silicium sind Modelle verf\u00c3\u00bcgbar, jedoch sind Simulationsmodelle f\u00c3\u00bcr Solarzellen auf n-Typ Silicium auf Grund der bisher geringeren Verwendung des Materials weniger verbreitet.
Das Ziel dieser Promotion ist es daher, die aktuell stark aufkommende Forschung an Silicium-Solarzellen auf n-Typ Basismaterial mit der Entwicklung von passenden Simulationsmodellen zu begleiten. Die mehrdimensionale Simulation der Solarzellen kann in erheblichem Ma\u00c3\u0178e dazu beitragen, die genannten \u00c3\u201enderungen besser zu verstehen und ihre Auswirkungen einsch\u00c3\u00a4tzen zu k\u00c3\u00b6nnen.
Im ersten Schritt werden neue Solarzellenkonzepte (MWT, PERC, MWT-PERC, IBC, Panda) als CAD-Modell nachgebaut und eine funktionierende Simulation aufgesetzt. Das bedeutet, dass zun\u00c3\u00a4chst eine optische Simulation die Lichtabsorption und Reflexion der Solarzelle nachstellt und ein Profil der erzeugten Ladungstr\u00c3\u00a4ger generiert wird. Daraufhin wird mithilfe des Ladungstr\u00c3\u00a4gergenerationsprofils eine Simulation der elektrischen Vorg\u00c3\u00a4nge in der Solarzelle durchgef\u00c3\u00bchrt, welche schlussendlich charakteristische Zellparameter wie Kurzschlussstrom, offene Klemmspannung, F\u00c3\u00bcllfaktor und Effizienz ausgibt. Die Funktion der Simulation dieser Modelle wird mithilfe von hergestellten Prototypen evaluiert. Sobald die Experimente erfolgreich nachmodelliert wurden, wird im zweiten Schritt dazu \u00c3\u00bcbergegangen, die Zelldesigns ausschlie\u00c3\u0178lich mithilfe der Simulation zu optimieren, um geeignete Parameterbereiche zu identifizieren, in denen schlie\u00c3\u0178lich die experimentelle Herstellung von optimierten Solarzellen gezielt ansetzen kann.<\/p>\n
Das Ziel ist also, zun\u00c3\u00a4chst funktionierende Modelle zur Simulation von verschiedenen n-Typ Solarzellendesigns zu erstellen. Die hieraus gewonnenen Erkenntnisse \u00c3\u00bcber die physikalischen Vorg\u00c3\u00a4nge in Solarzellen auf n-Typ Material sollen dazu verwendet werden, diese Konzepte zu optimieren und dies auf eine Weise zu tun, auf welcher der Ressourceneinsatz (Zeit- und Material) auf ein Minimum reduziert wird.
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