Lichteinkopplung in a-Si:H pin D\u00fcnnschichtsolarzellen f\u00fcr stabilisierte hohe Wirkungsgrade<\/p>\n
Mit der st\u00c3\u00a4ndig wachsenden Weltbev\u00c3\u00b6lkerung und der Industrialisierung der Entwicklungsl\u00c3\u00a4nder werden der zunehmende Energieverbrauch, die Ersch\u00c3\u00b6pfung der konventionellen Energieressourcen, der damit verbundene CO2 Aussto\u00c3\u0178 und der Klimawandel unvermeidliche Themen. Im Mittelpunkt der Debatten \u00c3\u00bcber die Energiewirtschaft und Umweltpolitik stehen vor allem konkurrenzf\u00c3\u00a4hige und nachhaltige Energiequellen. In den letzten Jahren hat sich die Photovoltaik (PV) durch den enormen Fortschritt als eine vielversprechende regenerative Energiequelle bewiesen. Bei den D\u00c3\u00bcnnschichttechnologien sind der niedrige Herstellungsenergieeinsatz und der geringe Materialverbrauch wesentliche Vorteile. Dazu besteht das Potenzial der effizienten Serienproduktion durch gro\u00c3\u0178fl\u00c3\u00a4chige Schichtabscheidung und interne Serienverschaltung der Einzelzellen zu Solarmodulen. F\u00c3\u00bcr Silizium basierte D\u00c3\u00bcnnschichtsolarzellen ist au\u00c3\u0178erdem das Ausgangsmaterial Silizium unbegrenzt verf\u00c3\u00bcgbar. Es gibt jedoch noch technologische Hindernisse auf dem Weg zur hocheffizienten Zellen, die in den n\u00c3\u00a4chsten Jahren durch verst\u00c3\u00a4rkte Forschung und Entwicklung beseitigt werden m\u00c3\u00bcssen. Eine h\u00c3\u00a4ufig verwendete Silizium basierte D\u00c3\u00bcnnschichtsolarzelle ist die mikromorphe Silizium-Tandemzellen die aus einer wasserstoffpassivierten amorphen Silizium (a-Si:H) oberen Zelle und einer wasserstoffpassivierten mikrokristallinen Silizium (\u00c2\u00b5c-Si:H) unteren Zelle besteht. Die \u00c2\u00b5c-Si:H Zelle absorbiert Licht im nahen Infrarot-Bereich und die a-Si:H Zelle haupts\u00c3\u00a4chlich im sichtbaren Spektralbereich. Ein Nachteil vom a-Si:H ist allerdings der sogenannte Staebler-Wronski-Effekt, der den Abbau der Fotoleitf\u00c3\u00a4higkeit und der Effizienz in a-Si:H Zellen bewirkt. Zur Minimierung dieser Wirkung sollte die Dicke der absorbierenden intrinsischen a-Si:H Schicht deutlich unter 300 nm liegen. Diese Bedingung schr\u00c3\u00a4nkt allerdings die Kurzschlussstromdichte der obersten Zelle erheblich ein und somit auch die Effizienz der gesamten Solarzelle. Hier dient die Lichteinkopplung als wichtiges Instrument um den Wirkungsgrad zu steigern. Mit Hilfe von Antireflexschichtsystem (AR), Frontkontakt TCO (transparente leitf\u00c3\u00a4hige Oxid) und R\u00c3\u00bcckkontakt wird mehr Licht in der Zelle ein gekoppelt und absorbiert. Dies zusammen erh\u00c3\u00b6ht die Quantenausbeute und somit die Kurzschlussstromdichte.Ziel dieser Arbeit ist die Reduktion der Schichtdicke der intrinsischen Absorberschicht mit Hilfe optimierter Lichteinkopplung. Dadurch wird die lichtinduzierte Alterung in a-Si:H Zellen minimiert. Hierbei werden die Reflexion an der Oberfl\u00c3\u00a4che, die Lichtstreuung und die Reflexion an Front- und R\u00c3\u00bcckkontakten in die physikalische Betrachtung des Bauelementes einbezogen. Zu Beginn der Arbeit sollen die Schichten einer Referenz a-Si:H Zelle hergestellt und charakterisiert werden. Die ermittelten Eigenschaften werden anschlie\u00c3\u0178end als Eingangsparameter f\u00c3\u00bcr umfangreiche numerische Simulationen dienen. Die Simulation fiktive Strukturen der Zellengrenzfl\u00c3\u00a4chen ist ein Schwerpunkt der Arbeit. Ziel ist es, das gesamte Zellsystem bestehend aus Frontkontakt \/a-Si:H p-i-n \/R\u00c3\u00bcckkontakt elektrisch und auch optisch zu modellieren. Bei erfolgreicher Simulation wird diese Information anschlie\u00c3\u0178end benutzt um die ideale Struktur f\u00c3\u00bcr die reale Anwendung herzustellen, indem die Ausgangsexperimente optimiert werden. Ein weiterer Schwerpunkt der Arbeit liegt demzufolge auf der experimentellen Umsetzung der Simulationsergebnisse. Zum Schluss sollen die Auswertungen in eine hocheffiziente sehr d\u00c3\u00bcnne a-Si:H pin Zelle umgesetzt werden, die anschlie\u00c3\u0178end in eine Tandem oder Triple Solarzellenstruktur \u00c3\u00bcberf\u00c3\u00bchrt werden kann.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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