Upconversion of Sub-Band-Gap Photons for Silicon Solar Cells

Stipendiatin/Stipendiat: Dr. Stefan Fischer

Silicium ist das dominierende Material zur Herstellung kommerzieller Solarzellen. Durch die Bandlücke des Halbleiters bzw. das breite Sonnenspektrum entstehen zwei fundamentale Verluste. Photonen mit einer geringeren Energie als die Bandlückenenergie können nicht absorbiert werden (ca. 20 Verlust), während bei Photonen mit einer höheren Energie der Anteil der Energie, der die Bandlückenenergie übersteigt, nicht genutzt werden kann (ca. 35 % Verlust). Im Rahmen dieser Arbeit soll ein Konzept untersucht werden, mit dem sich der Verlust der niederenergetischen Photonen reduzieren lässt. Durch die sogenannte Hochkonversion sollen nicht-nutzbare niederenergetische Photonen in nutzbare Photonen umgewandelt werden. Bisherige Hochkonverter (basierend auf seltenen Erdionen) besitzen nur einen schmalen Absorptionsbereich, indem die niederenergtischen Photonen effizient hochkonvertiert werden können. Ein zusätzliches lumineszentes Material soll die eingestrahlten Photonen breitbandig von der Bandkante des Siliciums bis zum Absorptionsbereich des Hochkonverters absorbieren und im schmalen Absorptionsbereich des Hochkonverters wieder emittieren. Diese Eigenschaft haben beispielsweise nanokristalline Quantenpunkte. Im Rahmen dieser Arbeit soll eine innovatives Systemdesgin realisiert werden.Ziel der Arbeit ist es den Wirkungsgrad einer Silizium Solarzelle messbar zu erhöhen. Da ein umfassendes physikalisches Verständnis die Basis für weitere Optimierungen ist, soll im Rahmen des Projektes auch das Verständnis der verwendeten optisch aktiven Materialien, wie Hochkonverter und lumineszente Nanokristalle, theoretisch und experimentell weiterentwickelt werden.Ein großer Vorteil der Hochkonversion ist, dass die eigentliche Solarzelle weitgehend unverändert bleiben kann. Es handelt sich deshalb um eine evolutionäre Weiterentwicklung, die ein hohes Realisierungspotenzial hat, die aber trotzdem prinzipielle Limitierungen der herkömmlichen Technologien überwindet.

Förderzeitraum:
01.06.2010 - 31.05.2013

Institut:
Albert-Ludwigs-Universität Freiburg
Fraunhofer ISE

Betreuer:
Prof. Dr. Eicke R. Weber

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Effizienzsteigerung von Photovoltaiksystemen durch Hochkonversion niederenergetischer Photonen
Effizienzsteigerung von Photovoltaiksystemen durch Hochkonversion niederenergetischer Photonen