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 vollständig abgeschlossene Transformation von Bor-dotiertem zu Gallium-dotiertem Silizium. Während dadurch die Qualität der frischen Solarzellen und -module gesteigert wurde, sind die Auswirkungen auf den degradationsbedingten, über Jahrzehnte ablaufenden Effizienzrückgang nicht geklärt. Dabei ist ein großangelegter PV-Ausbau nur dann ökologisch und ökonomisch nachhaltig, wenn die produzierten Solarmodule für lange Zeit effizient und günstig 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 Effizienzrückgangs im Mittelpunkt stehen. So soll das tiefgreifende physikalische Verständnis erlangt werden, das für die zielgerichtete Entwicklung von Strategien zur Vermeidung der Degradation unabdinglich ist. Als Zwischenziel wird eine phänomenologische 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 allgegenwärtiger Vorgang, der auch in Si:Ga signifikante Auswirkungen auf die Leistungsstabilität hat. Das Ausmaß und die Geschwindigkeit der Degradation sollen – mit Bezug auf die Feldanwendung – in Abhängigkeit von Temperatur und Beleuchtungsintensität umfangreich charakterisiert werden. Mit hochentwickelten Messmethoden können dabei relevante Stoffkonzentrationen der Proben analysiert und so mit der Beeinträchtigung typischer Qualitätsmerkmale kausal verknüpft werden. Dank ausgeprägter Kooperationsmöglichkeiten am Fraunhofer Institut für Solare Energiesysteme (ISE) werden die Untersuchungen nahezu zeitgleich an Si:Ga Wafern, Solarzellen und Solarmodulen durchgeführt und zusätzlich von Simulationen flankiert. Somit kann die Degradation in Si:Ga ganzheitlich beleuchtet und verstanden werden.

Das geplante Projekt ist für Gegenwart und Zukunft unserer globalen Gesellschaft höchst relevant, da es Klarheit über wichtige, bislang nicht durchdrungene Degradationsprozesse in Silizium bringt, so zur Maximierung der Langzeitstabilität beiträgt und dadurch potenzielle Risiken für den weltweiten Ausbau der PV minimieren, wenn nicht sogar ausräumen kann.


Übersicht

Förderzeitraum

01.09.2023 - 31.08.2026

Institut

Albert-Ludwigs-Universität Freiburg
Institut für Nachhaltige Technische Systeme - INATECH

Betreuer

Prof. Dr. Stefan Glunz

Kontakt

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