Simulation von neuartigen Hocheffizienzsolarzellen auf Basis von n-dotiertem Silicium<\/p>\n
Neuartige Solarzellendesigns zielen darauf ab, die Effizienz der Stromgewinnung zu erh\u00f6hen und die Solarzellen in der Herstellung g\u00fcnstiger zu machen.
Ein Faktor von wachsender Bedeutung in der Entwicklung neuer Solarzellen ist die Begleitung der Entwicklungsphasen durch CAD gest\u00fctzte Simulation. Hierbei ist das Ziel, auch komplizierte Zelldesigns hinsichtlich optischer und elektrischer Eigenschaften akkurat durch Simulation nachstellen zu k\u00f6nnen.
Ein funktionierendes Simulationsmodell einer Solarzelle er\u00f6ffnet M\u00f6glichkeiten in der Zellentwicklung, die den Forschungsprozess beschleunigen und effizienter machen. So k\u00f6nnen durch gezielte Variation einzelner Parameter im Zelldesign \u00c4nderungen in der Solarzellenphysik getrennt voneinander beobachtet werden. Im praktischen Versuch ist dies oft unm\u00f6glich, da Parameter meist untereinander korreliert sind. Durch die Simulation lassen sich die ver\u00e4nderten physikalischen Vorg\u00e4nge bei ver\u00e4nderten Solarzellendesigns besser verstehen, was sich wiederum positiv auf die weitere Forschung auswirkt.
F\u00fcr die Zellentwicklung bieten in der Planung oder Begleitung der Versuche durchgef\u00fchrte Simulationen die M\u00f6glichkeit, die Entwicklungszyklen klein zu halten und sowohl Kosten als auch eingesetzte Ressourcen f\u00fcr Experimente zu reduzieren.
Konventionelle Silicium-Solarzellen wurden bisher auf positiv dotiertem (p-Typ) Silicium-Material hergestellt. Simulationsmodelle f\u00fcr hocheffiziente p-Typ Solarzellen sind weit entwickelt und werden f\u00fcr 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\u00dfen Solarzellenherstellern gerade St\u00fcck f\u00fcr St\u00fcck vollzogen. Da n-Typ Silicium andere physikalische Eigenschaften hat und in der Prozessierung ver\u00e4nderte technologische Randbedingungen mit sich bringt als p-Typ Material, m\u00fcssen die Solarzellendesigns angepasst werden. Dies wiederum zieht ver\u00e4nderte physikalische Gegebenheiten in einer n-Typ Solarzelle nach sich.
F\u00fcr die Beschreibung der zu Grunde liegenden physikalischen Eigenschaften von Solarzellen auf p-Typ Silicium sind Modelle verf\u00fcgbar, jedoch sind Simulationsmodelle f\u00fcr 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\u00dfe dazu beitragen, die genannten \u00c4nderungen besser zu verstehen und ihre Auswirkungen einsch\u00e4tzen zu k\u00f6nnen.
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\u00e4chst eine optische Simulation die Lichtabsorption und Reflexion der Solarzelle nachstellt und ein Profil der erzeugten Ladungstr\u00e4ger generiert wird. Daraufhin wird mithilfe des Ladungstr\u00e4gergenerationsprofils eine Simulation der elektrischen Vorg\u00e4nge in der Solarzelle durchgef\u00fchrt, welche schlussendlich charakteristische Zellparameter wie Kurzschlussstrom, offene Klemmspannung, F\u00fcllfaktor 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 \u00fcbergegangen, die Zelldesigns ausschlie\u00dflich mithilfe der Simulation zu optimieren, um geeignete Parameterbereiche zu identifizieren, in denen schlie\u00dflich die experimentelle Herstellung von optimierten Solarzellen gezielt ansetzen kann.<\/p>\n
Das Ziel ist also, zun\u00e4chst funktionierende Modelle zur Simulation von verschiedenen n-Typ Solarzellendesigns zu erstellen. Die hieraus gewonnenen Erkenntnisse \u00fcber die physikalischen Vorg\u00e4nge 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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