Entwicklung hocheffizienter MIM-Strukturen zur Anwendung unter stark konzentriertem SonnenlichtDie nachhaltige Energiegewinnung aus erneuerbaren Energiequellen ist eine der gr\u00f6\u00dften Herausforderungen unserer Zeit. Um die Nutzung regenerativer Energiequellen gegen\u00fcber der konventionellen Energiegewinnung konkurrenzf\u00e4hig zu machen, m\u00fcssen deren Kosten gesenkt werden, was sowohl durch eine Steigerung der Systemwirkungsgrade als auch durch die Senkung der Herstellungskosten selbst realisiert werden kann.
Eine vielversprechende M\u00f6glichkeit die beiden Ans\u00e4tze zu vereinen stellt die Co-Generation von Strom und W\u00e4rme unter konzentriertem Sonnenlicht dar (sog. CPVT-Systeme). Bei diesem Ansatz wird teures Zellmaterial eingespart, indem das Sonnenlicht zuerst mit einer vergleichsweise g\u00fcnstigen Optik auf eine kleine Solarzelle fokussiert wird. Das von den Zellen nicht in elektrische Energie umgewandelte Sonnenlicht erzeugt dabei nutzbare W\u00e4rme. Diese kann \u00fcber einen W\u00e4rmetauscher an der R\u00fcckseite der Solarzelle abgef\u00fchrt und f\u00fcr weitere Anwendungen genutzt werden. Je nach Effizienz und Art der W\u00e4rmenutzung lassen sich auf diese Weise Gesamt-Systemwirkungsgrade von \u00fcber 70 % erzielen \u0096 davon ca. 1\/3 elektrische und 2\/3 thermische Leistung.
Ein entscheidendes Element der CPVT-Systeme stellen dabei die Photovoltaik-Zellen auf der Oberfl\u00e4che des W\u00e4rmetauschers dar. Am Fraunhofer ISE wurde hierzu bereits das Konzept der sogenannten monolithisch integrierten Module (MIMs) untersucht, das sich besonders f\u00fcr CPVT-Systeme eignen w\u00fcrde. MIMs bestehen aus vielen kleinen, direkt auf dem Chip miteinander in Serie geschalteten Zellstreifen. Somit werden unter dem stark konzentrierten Sonnenlicht hohe Spannungen anstatt hoher Str\u00f6me erzielt, was den Leistungsverlust an Serienwiderst\u00e4nden reduziert. Weiterhin ben\u00f6tigt die kompakte Verschaltung direkt auf dem Chip verh\u00e4ltnism\u00e4\u00dfig wenig Anteil an der beleuchteten Fl\u00e4che, so dass diese besonders effektiv genutzt wird.
Am Fraunhofer ISE konnten bisher MIMs mit Wirkungsgraden von bis zu 26 % bei einer 500-fachen Sonnenkonzentration realisiert werden. Ziel meines Promotionsvorhabens ist es, neuartige Zellkonzepte auf Basis der MIM-Strukturen zu entwickeln und damit ihre Effizienz auf 30 % bei Konzentrationsfaktoren \u00fcber 1000 zu steigern. Dabei werde ich insbesondere die Eignung der Materialkombination AlGaAs\/GaAs evaluieren. Dieses enth\u00e4lt im Gegensatz zu den bisher eingesetzten Kombinationen GaInP\/GaAs und GaInP\/GaInAs kein Indium, welches ein seltenes und damit auch teures Element ist. Der Verzicht auf Indium senkt somit die Produktionskosten und gestaltet die Herstellung nachhaltiger.
Dar\u00fcber hinaus ist die Bandl\u00fccke von AlGaAs abh\u00e4ngig vom Al-Anteil, w\u00e4hrend die Gitterkonstante ann\u00e4hernd identisch zu der von GaAs bleibt. Hierdurch er\u00f6ffnen sich v\u00f6llig neue M\u00f6glichkeiten f\u00fcr die Gestaltung der Zellstrukturen. So k\u00f6nnen die Str\u00f6me in den Teilzellen genauer aufeinander abgestimmt werden. Auch mehr als zwei pn-\u00dcberg\u00e4nge werden m\u00f6glich und durch eine Variation von Al-Anteil und Dotierung lassen sich gezielt elektrische Felder im Material induzieren, welche die Diffusionsl\u00e4nge der Ladungstr\u00e4ger beeinflussen.
Nach einer Optimierungsphase f\u00fcr das Wachstum von AlGaAs und Bestimmung der Materialparameter werden diese neuen Zellkonzepte modelliert, hergestellt und analysiert.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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