MOE-Fellowship

Fabian Thome

Mechanismen, Modellierung und Vermeidungsstrategien von Degradation in Gallium-dotierten Silizium Wafern, Zellen und Modulen

In den letzten zwei Jahren gab es auf dem Photovoltaik (PV)-Markt eine rasante und mittlerweile nahezu vollstĂ€ndig abgeschlossene Transformation von Bor-dotiertem zu Gallium-dotiertem Silizium. WĂ€hrend dadurch die QualitĂ€t der frischen Solarzellen und -module gesteigert wurde, sind die Auswirkungen auf den degradationsbedingten, ĂŒber Jahrzehnte ablaufenden EffizienzrĂŒckgang nicht geklĂ€rt. Dabei ist ein großangelegter PV-Ausbau nur dann ökologisch und ökonomisch nachhaltig, wenn die produzierten Solarmodule fĂŒr lange Zeit effizient und gĂŒnstig Energie liefern.

Ziel des Promotionsvorhabens ist es daher, Degradationsmechanismen in Gallium-dotiertem Silizium (Si:Ga) zu untersuchen und auszuwerten. Dabei werden die beteiligten atomaren Reaktionen der Defektbildung als Ursache des EffizienzrĂŒckgangs im Mittelpunkt stehen. So soll das tiefgreifende physikalische VerstĂ€ndnis erlangt werden, das fĂŒr die zielgerichtete Entwicklung von Strategien zur Vermeidung der Degradation unabdinglich ist. Als Zwischenziel wird eine phĂ€nomenologische Beschreibung der Degradation angestrebt, die bereits Effizienzprognosen ermöglicht. Im gesamten Vorhaben wird die Degradation bei Licht und erhöhter Temperatur (LeTID) im Fokus stehen. LeTID ist nach bisherigen Erkenntnissen ein in Silizium-basierten Solarzellen allgegenwĂ€rtiger Vorgang, der auch in Si:Ga signifikante Auswirkungen auf die LeistungsstabilitĂ€t hat. Das Ausmaß und die Geschwindigkeit der Degradation sollen – mit Bezug auf die Feldanwendung – in AbhĂ€ngigkeit von Temperatur und BeleuchtungsintensitĂ€t umfangreich charakterisiert werden. Mit hochentwickelten Messmethoden können dabei relevante Stoffkonzentrationen der Proben analysiert und so mit der BeeintrĂ€chtigung typischer QualitĂ€tsmerkmale kausal verknĂŒpft werden. Dank ausgeprĂ€gter Kooperationsmöglichkeiten am Fraunhofer Institut fĂŒr Solare Energiesysteme (ISE) werden die Untersuchungen nahezu zeitgleich an Si:Ga Wafern, Solarzellen und Solarmodulen durchgefĂŒhrt und zusĂ€tzlich von Simulationen flankiert. Somit kann die Degradation in Si:Ga ganzheitlich beleuchtet und verstanden werden.

Das geplante Projekt ist fĂŒr Gegenwart und Zukunft unserer globalen Gesellschaft höchst relevant, da es Klarheit ĂŒber wichtige, bislang nicht durchdrungene Degradationsprozesse in Silizium bringt, so zur Maximierung der LangzeitstabilitĂ€t beitrĂ€gt und dadurch potenzielle Risiken fĂŒr den weltweiten Ausbau der PV minimieren, wenn nicht sogar ausrĂ€umen kann.


Übersicht

Förderzeitraum

01.09.2023 - 31.08.2026

Institut

Albert-Ludwigs-UniversitÀt Freiburg
Institut fĂŒr Nachhaltige Technische Systeme - INATECH

Betreuer

Prof. Dr. Stefan Glunz

Kontakt

Mail