Optimierter Lichteinfang in hocheffizienten, dünnen Siliciumsolarzellen
Um eine nachhaltige, sozial und ökologisch verträgliche, globale Energieversorgung zu realisieren, muss die Nutzung regenerativer Energiequellen, insbesondere der Photovoltaik, vorangetrieben werden. Um einen signifikanten Anteil der globalen Energieversorgung durch Photovoltaik zu realisieren, müssen Solarzellen günstiger, effizienter und in der Herstellung umweltfreundlicher werden. In allen drei Punkten kann eine Reduktion der Zelldicke und somit des Materialeinsatzes einen entscheidenden Beitrag liefern. Eine Verringerung der Zelldicke führt auch zu einer Minimierung der Umweltauswirkungen bei der Rohstoffgewinnung und Produktion der Solarzellen.
Notwendige Voraussetzung für eine signifikante Verringerung der Zelldicke sind innovative Konzepte zum effektiven Lichteinfang, da Silicium als indirekter Halbleiter ein schwacher Absorber ist, was sich bei dünner werdenden Zellen immer stärker auswirkt. Nach theoretischen Vorhersagen kann ein großer Teil des Lichts durch beugende oder streuende Strukturen in der Solarzelle auch in sehr dünnen Siliciumschichten bis zur Absorption gefangen werden. Daher werden in dieser Arbeit fortgeschrittene Konzepte weiterentwickelt sowie neue Ideen zum effektiven Lichteinfang entwickelt. Dabei stehen vor allem Opal-artige Rückseitenreflektoren, die durch selbstorganisiertes Wachstum hergestellt werden können, im Mittelpunkt. Die Prozessierung von vollständigen Solarzellen mit Strukturen zum effektiven Lichteinfang ist zentrales Thema der Arbeit. Dazu müssen neue Prozesse zur Herstellung der Strukturen selbst, zur Passivierung und zur Kontaktierung entwickelt werden. Durch die Zusammenführung der Einzelprozesse in einen vollständigen Solarzellenprozess sollen erstmals kristalline Siliciumsolarzellen mit diffraktiven Rückseitenreflektoren realisiert werden. In begleitenden Simulationen und theoretischen Untersuchungen wird insbesondere das komplexe Zusammenspiel zwischen den optischen Eigenschaften der Zellvorderseite und der Zellrückseite sowie zwischen optischen und elektrischen Eigenschaften der Solarzelle untersucht. Der Einfluss einer Vorderseitentextur auf die ideale Rückseitenstruktur soll untersucht werden. Ebenso sollen diffus streuende Elemente theoretisch untersucht, hergestellt und in Solarzellen integriert werden.