Promotionsstipendium: Dr. Thomas Roth

Analyse von elektrisch aktiven Defekten in Silicium für Solarzellen, Vergleich verschiedener Messmethoden und Evaluierung daraus resultierender Ergebnisse in Hinblick auf die Solarzelleffizienz

Analyse von elektrisch aktiven Defekten in Silicium für SolarzellenDer Wissenschaftliche Beirat der Bundesregierung Globale Umweltveränderungen (WBGU) zieht in seinem Gutachten „Welt im Wandel: Energiewende zur Nachhaltigkeit“ die Schlussfolgerung, dass „eine globale Energiewende unerlässlich ist, um die natürliche Lebensgrundlage der Menschheit zu schützen und die Energiearmut in den Entwicklungsländern zu beseitigen.“ In einem vom WBGU entwickelten Szenario ist ein zentraler Bestandteil der „erhebliche Auf- und Ausbau neuer erneuerbarer Energieträger, insbesondere der Solarenergie.“Um dieses Szenario Wirklichkeit werden zu lassen, ist eine kontinuierliche Weiterentwicklung insbesondere der Silicium-Photovoltaik notwendig. Ein wesentlicher Punkt dabei ist die Analyse und Steigerung der Qualität des Ausgangsmaterials, der sogenannten Wafer, bei der Solarzellprozessierung. Abhängig vom Herstellungsprozess treten in den Wafern unterschiedliche Verunreinigungen und Defekte auf, die sich negativ auf die Solarzelleffizienz auswirken. Aus der gezielten Analyse dieser Materialfehler können mit Hilfe physikalischer Modelle Simulationen erstellt werden, die dazu dienen, das Kosten-Nutzen-Verhältnis der Waferherstellung zu optimieren.Ziel dieser Promotionsarbeit ist die gezielte Untersuchung der Wafer in Hinblick auf Defekte und deren physikalische Parameter. Eine mächtige und vielversprechende Analysemethode dafür ist die Lebensdauerspektroskopie (LS). Dabei wird die durchschnittliche Lebensdauer der Ladungsträger, und damit die Rekombinationsaktivität, unter verschiedenen Bedingungen, wie z.B. Variation des Injektionsniveau oder der Temperatur, bestimmt, um daraus Rückschlüsse auf die Materialeigenschaften zu ziehen. Dazu werden durch externe Anregung Überschussladungsträger erzeugt und deren abnehmende Dichte im zeitlichen Verlauf analysiert. Zur Detektion der Überschussladungsträgerdichte gibt es verschiedene Möglichkeiten, wie zum Beispiel- Messung der Reflektion eines Mikrowellensignals- Messung der Leitfähigkeit- Messung des Photolumineszenzsignals.Eine weitere Untersuchungsmethode ist die „Deep Level Transient Spectrsocopy“ (DLTS). Diesem Messprinzip liegt nicht der Rekombinationsvorgang als solcher (wie bei der Lebensdauerspektroskopie) zugrunde, sondern der Einfang und Reemission von Elektronen des gleichen Bandes. Durch eine Kombination dieser verschiedenen, sich ergänzenden Analyseverfahren werden im Rahmen dieser Promotion die Defektparameter verschiedener Defekte eingehend untersucht und damit die Grundlage für eine Optimierung industrieller Solarzellen bereitgestellt.

AZ: 20004/748

Zeitraum

01.05.2005 - 30.04.2008

Institut

Fraunhofer Institut für Solare Energiesysteme (ISE) Energiesysteme (ISE)

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Betreuer

Prof. Dr. Gerhard Willeke