Silizium-Solarzellen mit Heteroübergängen aus alternativen Materialien

Stipendiatin/Stipendiat: Valeriya Titova

Auf dem Weg zu einer Reduzierung der derzeit weltweit überwiegenden Abhängigkeit von fossilen und nuklearen Energieträgern kommt dem Ausbau der Erneuerbaren Energien und dabei insbesondere der Photovoltaik (PV) eine bedeutende Rolle zu. Um wettbewerbsfähig mit den konventionellen Energieträgern zu werden, ist es notwendig, die Stromgestehungskosten von regenerativen Energien kontinuierlich zu reduzieren. Besonders auffällig sind hierbei die immer noch hohen Kosten der PV‑Module. Das Kostenreduktionspotential in der gesamten Wertschöpfungskette der kristallinen Silizium (Si)‑Photovoltaik ist nach wie vor sehr hoch und noch lange nicht ausgeschöpft. Insbesondere die Tatsache, dass der p‑n‑Übergang einer Solarzelle bei einer Temperatur von > 800 °C in hochreinen Öfen gebildet wird, stellt einen guten Ausgangspunkt dar, um Produktionskosten von kristallinen Si‑Solarzellen zu senken. Die Anwendung von alternativen, flüssig zu verarbeitenden Materialien ist eine neuartige Möglichkeit, einen ladungsträgerselektiven Emitter bei einer niedrigen Temperatur zu realisieren, der potentiell hohe Wirkungsgrade erlaubt.

Die Identifizierung und Charakterisierung dieser alternativen Materialien als ladungsträgerselektive Passivierschichten zur Anwendung auf kristallinen Silizium‑Solarzellen steht im Vordergrund meines Promotionsvorhabens. Die Abscheidung der zu untersuchenden Materialien bei einer niedrigen Temperatur (≤ 200°C) führt zu einer vereinfachten und energieeffizienteren Herstellung von Si‑Solarzellen.

Das Ziel der angestrebten Promotionsarbeit besteht in der Herstellung und Charakterisierung ladungsträgerselektiver Passivierschichten. Eine detaillierte Untersuchung von diesen Schichten und deren Heteroübergängen mit c‑Si sind essentiell für eine erfolgreiche Implementierung in die Solarzellenstrukturen. Durch Optimierungssequenzen wird der Einsatz eines untersuchten neuartigen Materials als löcher‑ oder elektronenselektive Schicht auf kristallinem Silizium in den verschiedenen Solarzellenkonzepten anstelle der herkömmlichen Hochtemperatur‑Diffusionen angestrebt.

Während das leitfähige Polymer PEDOT:PSS bereits als ein löcherleitendes Passiviermaterial identifiziert und erfolgreich eingesetzt wurde, steht die Identifizierung einer entsprechenden elektronenselektiven Schicht für den Einsatz in kristallinen Silizium‑Solarzellen noch aus. Durch die Entdeckung eines solchen Materials werden viele neue Herstellungswege der herkömmlichen kristallinen Si‑Solarzellen eröffnet. Ein großer Vorteil der flüssig prozessierbaren, ladungsträgerselektiven Materialien ist die Aufbringung der elektronen- und löcherselektiven Schichten auf äußerst einfache, kostengünstige und energiearme Art und Weise z.B. mittels Spin‑Coating, Siebdruck‑Verfahren oder Inkjet‑Technologie.

Förderzeitraum:
01.08.2016 - 31.07.2019

Institut:
An-Institut der Leibniz-Universität Hannover Institut für Solarenergieforschung Hameln/ Emmerthal GmbH (ISFH)

Betreuer:
Prof. Dr. Jan Schmidt

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