Entwicklung von metamorphen Mehrfachsolarzellen mit vier pn-\u00dcberg\u00e4ngen<\/p>\n
Die nachhaltige Energiegewinnung ist eine der gr\u00c3\u00b6\u00c3\u0178ten Herausforderungen der Menschheit. Noch immer wird ein Gro\u00c3\u0178teil der Energie durch fossile Brennstoffe, deren Ressourcen begrenzt sind, und Atomkraft, die gro\u00c3\u0178e Risiken birgt, zu Verf\u00c3\u00bcgung gestellt. Da die Erde, abgesehen von der Sonneneinstrahlung, ein abgeschlossenes System ist, muss langfristig s\u00c3\u00a4mtliche Energie aus regenerativen Energietr\u00c3\u00a4gern gewonnen werden, wobei gro\u00c3\u0178es Potential der Photovoltaik zugesprochen wird. Diese Forschungsarbeit wird durch eine Erh\u00c3\u00b6hung des Wirkungsgrads von III-V Solarzellen einen Beitrag dazu leisten, Photovoltaik auch finanziell noch attraktiver zu machen und somit die Energiewende, hin zu regenerativen Energien, zu beschleunigen.
Die viel verwendeten Siliziumsolarzellen erreichen heute einen Wirkungsgrad von 25 %. Dieser Wirkungsgrad kann durch das Stapeln mehrerer Solarzellen unterschiedlicher Bandl\u00c3\u00bccken in einem Kristall deutlich erh\u00c3\u00b6ht werden. F\u00c3\u00bcr diese Zellen bieten sich III-V Halbleitermaterialien durch ihre variable Bandl\u00c3\u00bccke an. Die h\u00c3\u00b6heren Preise f\u00c3\u00bcr diese Materialien k\u00c3\u00b6nnen durch die Verwendung von Konzentratormodulen und die daraus resultierende, geringere Gr\u00c3\u00b6\u00c3\u0178e der ben\u00c3\u00b6tigten Zellen ausgeglichen werden. Der momentane, im Labor erreichte, Wirkungsgrad f\u00c3\u00bcr solche Konzentratorzellen liegt bei 43,5% bei 418facher Konzentration des Sonnenlichts.<\/p>\n
Bei Mehrfachsolarzellen begrenzt die Teilzelle mit dem geringsten Strom den der kompletten Zelle. Der Strom des Industriestandards f\u00c3\u00bcr Konzentratorzellen mit gitterangepassten GaInP\/GaAs\/Ge-Teilzellen wird durch die beiden stromangepassten GaInP- und GaAs-Zellen im Strom begrenzt, denn die Ge-Unterzelle k\u00c3\u00b6nnte den doppelten Strom liefern. Rechnungen ergeben, dass durch eine Teilzelle \u00c3\u00bcber der Ge-Unterzelle mit einer Bandl\u00c3\u00bccke von 1,0 eV der Wirkungsgrad der gesamten Zelle auf \u00c3\u00bcber 50 % erh\u00c3\u00b6ht werden kann.
Bei der Produktion solcher Mehrfachsolarzellen werden in einem epitaktischen Verfahren Halbleiterschichten auf einem Substrat abgeschieden. Diese Schichten wachsen zuerst mit der Gitterkonstante des Substrats bis sich ab meiner kritischen Schichtdicke Versetzungen und somit Rekombinationszentren bilden. Vorteil der GaInP\/GaAs\/Ge-Zelle ist, dass die Materialien alle die gleiche Gitterkonstante haben.<\/p>\n
In dieser Arbeit soll eine metamorphe GaInP\/GaAs\/\/GaInAs\/Ge Vierfachzelle mit einer 1.0eV GaInAs-Teilzelle entwickelt werden. Herausforderung dabei ist die \u00c3\u0153berwindung des Unterschieds in der Gitterkonstante von3,6 % zwischen Ge bzw. GaAs und GaInAs (1,0eV).<\/p>\n
Zwischen Ge- und GaInAs-Teilzellen wird ein optisch inaktiver Puffer verwendet. In diesem Puffer werden durch stufenweises \u00c3\u201endern der Gitterkonstante die entstehenden Versetzungen im Puffer lokalisiert.<\/p>\n
Die GaInP- und GaAs-Teilzellen werden gitterangepasst invers auf ein GaAs-Tr\u00c3\u00a4gersubstrat abgeschieden. Danach werden diese zwei Strukturen mit jeweils zwei Teilzellen miteinander durch Wafer-Bonding verbunden. Durch dieses Verfahren entstehen kovalente Bindungen zwischen diesen Schichten unterschiedlicher Gitterkonstante. Danach wird das GaAs-Tr\u00c3\u00a4gersubstrat abgel\u00c3\u00b6st.<\/p>\n
Hierbei soll der wissenschaftliche Fokus auf dem Verst\u00c3\u00a4ndnis der Bildung von Versetzungen wie auch der quantitativen Bestimmung von Versetzungsdichten liegen.<\/p>\n
Ziel dieser Forschungsarbeit ist die Entwicklung einer solchen Vierfachsolarzelle mit einem Wirkungsgrad von mindestens 45%, deren Potential hin zu 50% aufgezeigt wird.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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