Promotionsstipendium: Christoph Klein

III -V Tandemsolarzellen erreichen wesentlich höhere Wirkungsgrade im Vergleich zu Solarzellen aus kristallinem Silicium. Ein Hindernis für die vermehrte Anwendung sind hohe Kosten, die es in den kommenden Jahren durch Forschung und Entwicklung zu senken gilt. Letztlich sollten die effizientesten Solarzellen bei der Energiewende zum Einsatzkommen, um Ressourcen einzusparen und damit die Umwelt weniger zu belasten. Denn zur Produktion von Strom und Wasserstoff, um damit die gesamte Wirtschaft auf Erneuerbare Energien umzustellen, wird eine riesige Menge an Photovoltaikmodulen benötigt. Das Hauptziel meiner Dissertation besteht daher darin, effizientere Verfahrenfür die Herstellung von III -V Mehrfach-Solarzellen zu entwickeln. Hierzu sollen insbesondere die Epitaxieprozesse durch eine deutliche Steigerung der Wachstumsrate und eine erhöhte Ausnutzung von Präkursormaterialien, bei gleichzeitigem Verzicht auf wenig verfügbare Elemente wie Germanium und Indium betrachtet werden. In einer vorangegangenen Arbeit wurde gezeigt, dass die Wachstumsrate für Galliumarsenid(GaAs) von üblichen 4 μm/h auf beeindruckende 280 μm/h gesteigert werden kann. Jedoch sind bei solch hohen Wachstumsraten neue Herausforderungen zu bewältigen, da die Materialqualität von GaAs durch verstärkte nicht-strahlende Rekombination leidet. Die Zusammenhänge sind noch nicht umfänglich verstanden und hier soll die geplante Dissertation durch eine eingehende Analyse der auftretenden Defekte ansetzen. Darüber hinaus sollen neben GaAs erstmals auch Mischkristalle wie Aluminiumgalliumarsenid (AlxGa1−xAs) bei hohen Wachstumsraten untersucht werden, welche in den Solarzellen Einsatz finden. Die besten Tandemsolarzellen nutzen heute Galliumindiumphosphid (Ga0,51In0,49P) als oberste Teilzelle und so werden Effizienzen von knapp 33% erreicht. In dieser Arbeit soll allerdings weitestgehend auf Indium-haltige Schichten verzichtet werden, da sich diese nicht schnell wachsen lassen und Indium ein kritischer Rohstoff mit begrenzter Verfügbarkeit ist. In meiner Arbeit wird daher die dicke Basisschicht der obersten Teilzelle durch AlxGa1−xAs ersetzt und gezeigt, dass sich diese Schichten mit hoher Qualität und hohen Raten herstellen lassen. Ziel ist es zu zeigen, wie III -V Tandemsolarzellen mit über 30% Wirkungsgrad durch schnelle und effiziente Abscheidung hergestellt werden können. Löst man die aktiven Zellschichten dann noch vom Substrat ab, erhält man eine wenige Mikrometer dünne Solarzelle, welche das Potential hat, sehr ressourcenschonend und kostengünstig zu werden. Dabei ist aus der Anwendung im Weltraum bereits bekannt, dass solche III -V Solarzellen sehr langlebig sind und Silicium in keiner Weise nachstehen.