Entwicklung einer höchsteffizienten GaSb-basierten Vierfachsolarzelle

Stipendiatin/Stipendiat: Felix Predan

Die konzentrierende Photovoltaik hat ein großes Potential, um einen wichtigen Beitrag zu einer klimaverträglichen, regenerativen Energieversorgung auf der Erde und somit zum Erhalt einer lebenswerten Umwelt zu leisten. Da bei dieser Technologie Sonnenlicht mit einem Faktor von einigen hundert Sonnen auf eine Solarzelle konzentriert wird, können hier Mehrfachsolarzellen verwendet werden, mit denen höchste Umwandlungseffizienzen erreicht werden.
An diesem Punkt setzt meine Dissertation an. Mit der geplanten, neuartigen Vierfachzellenstruktur aus den Materialien GaInP/GaAs/GaInAs//GaSb sind neue Wirkungsgradrekorde bis über 50 % möglich. Diese könnten dazu beitragen, die konzentrierende Photovoltaik wirtschaftlich noch konkurrenzfähiger gegenüber den herkömmlichen, fossilen Energieträgern zu machen.
Die Realisierung dieser innovativen Vierfachsolarzelle wird durch neueste Entwicklungen der Prozesstechnologie ermöglicht, wie bei der metallorganischen Gasphasenepitaxie sowie dem atomstrahlaktivierten Wafer-Bonding.
Die Solarzelle wird wie folgt gefertigt: 1.) Separates epitaktisches Wachstum der GaInP/GaAs/GaInAs Dreifachzelle auf einem GaAs Substrat sowie der GaSb Unterzelle auf einem GaSb Substrat 2.) Verbindung der Teilzellen durch das Wafer-Bonding 3.) Nasschemisches Entfernen des GaAs Substrates sowie Abscheidung der Kontakte und der Antireflexschicht.
Der erste Forschungsschwerpunkt beinhaltet dabei die Epitaxie der Antimonide um eine verlustarme GaSb Unterzelle zu implementieren.
Der zweite Forschungsschwerpunkt stellt die Optimierung des Wafer-Bondings dar, um die Teilzellen stabil, transparent und elektrisch hochleitfähig zu verbinden.
Um diese Ergebnisse zu erzielen ist es nötig, die erwähnten Prozesstechnologien detailliert und umfangreich zu untersuchen. Am Fraunhofer ISE sind dazu zahlreiche Möglichkeiten zur Charakterisierung und zur theoretischen Modellierung vorhanden.

Förderzeitraum:
01.01.2015 - 31.12.2017

Institut:
Albert-Ludwigs-Universität Freiburg
Institut für Mikrosystemtechnik

Betreuer:
Prof. Dr. Eicke Weber

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Publikationen: