Fortschrittliche Solarzellenkonzepte

Rückkontaktsolarzellen

Rückkontaktsolarzellen zeichnen sich dadurch aus, dass beide Kontaktpolaritäten an der Rückseite abgegriffen werden und der pn-Übergang ebenfalls an der Rückseite angeordnet ist. Will man dieses Solarzellenkonzept in einem schlanken Prozess realisieren, so bietet sich der an der Universität Konstanz entwickelte Ansatz basierend auf mittels CVD-abgeschiedener Dotierquellen an. Neben den elektrischen Eigenschaften des pn-Übergang (z. B. Sättigungsstrom) ist auch die Erzeugung von Defekten bei der pn-Übergangbildung z. B. durch Laserbearbeitung ein Forschungsthema.
 

Heteroübergänge und passivierende Kontakte

Silizium-Solarzellen mit einem Heteroemitter bestehend aus einer intrinsischen und einer dotierten amorphen Silizium-Schicht auf einem kristallinen Silizium-Basissubstrat bieten höchste Wirkungsgrade bei Prozesstemperaturen von maximal ca. 250°C. Die amorphe Silizium-Schicht auf der Solarzellenvorderseite führt zu Absorptionsverlusten der Solarzelle. Daher werden Solarzellenkonzepte mit rückseitigem Emitter oder aber Ansätze mit weniger absorbierenden Silizium-haltigen Schichten wie amorphem SiO_x, SiO_xN_y, SiC_x oder aber nanokristallinem Silizium verfolgt. Aufgrund der sehr geringen lateralen Leitfähigkeit der Emitterschicht trotz Dotierung, wird eine transparente leitende Schicht (TCO) aus Indiumzinnoxid oder aber Aluminium-dotiertem Zinkoxid ganzflächig auf den Heteroemitter aufgebracht. Für einen hohen Wirkungsgrad dieser Heterosolarzellen ist eine Abstimmung der Bandverbiegungen und Austrittsarbeiten der TCO-Schichten und des Kontaktmetalls notwendig.
Das hohe Wirkungsgradpotential kann realisiert werden, da die Rekombination an den Solar-zellenkontakten drastisch reduziert ist. Dieser Ansatz wird auch zur Bildung passivierender Kontakte eingesetzt, indem ein Grenzflächenoxid erzeugt wird, das möglicherweise durch-tunnelt werden kann und indem mittels einer dotierten amorphen oder polykristallinen Si-Schicht die Bänder im Volumen der Si-Scheibe so verbogen werden, dass Ladungsträger-selektive Kontakte entstehen.
 

Hochdotierte Schichten

Zur Bildung des pn-Übergangs der Solarzellen, der die mittels Sonnenlicht erzeugten Ladungsträger trennt (Elektronen und Löcher), werden verschiedene Verfahren eingesetzt. Konventionell wird die Diffusion basierend auf der Verwendung einer POCl₃ bzw. BBr₃-Quelle bei Temperaturen über 800°C durchgeführt. Da die Diffusion aus der Gasphase erfolgt, man die Dotanden jedoch nur auf einer Solarzellenseite einsetzten möchte, erfordert eine solche Diffusion immer eine Maskierung der nicht zu dotierenden Seite oder einen nachfolgenden Ätzschritt. Hier kann die Verwendung von einseitig aufgebrachten Schichten, die die Dotanden enthalten, Abhilfe schaffen. Es können sowohl druckbare (Inkjet- sowie Siebdruck) Tinten und Pasten als auch mittels chemischer Gasphasenabscheidung (CVD) erzeugte Schichten verwendet werden. In beiden Fällen werden die Dotanden aus den aufgebrachten Schichten ebenfalls bei über 800°C in den Silizium-Absorber eintrieben. Diese Schichten können gleichzeitig auch zur Oberflächenpassivierung eingesetzt werden. Strukturelle Eigenschaften insbesondere der Einbau von Phosphor und Bor in das Glas sowie die Leitfähigkeit und die Lichtabsorption in Abhängigkeit der verschiedenen Bindungs-konzentrationen werden untersucht.

LASER-Material-Wechselwirkungen

Ziel ist es die Dotierung von Silizium unter Verwendung von ns- und ps-Puls-Lasern mit Wellenlängen von 355 nm, 532 nm und 1064 nm zu verändern. Untersucht wird das Aufschmelzen von Silizium und die Rekristallisation mit den Dotanden, deren Einbau und Aktivierung durch die Laserbehandlung.

Ein weiteres Gebiet ist die Entnetzung von Metallen auf Siliziumoberflächen bzw. Siliziumoxidoberflächen durch Laserstrahlung unter Nutzung von Laserinterferenz. Dies wird in Zusammenarbeit mit Johannes Boneberg, Universität Konstanz, für die Metallisierung von Solarzellen untersucht.