Untersuchung des Einflusses einer Behandlung des Chalkopyritabsorbers (CIGS) mit Alkalimetallen bzw. deren Verbindungen auf die Solarzelleneffizienz bei schnellen Depositionsschritten. Entwicklung eines transparenten, p-Halbleiters als Voraussetzung für die Herstellung einer Tandemsolarzelle mit einer CIGS Bottom-Zelle und einer Top-Zelle aus einem Halbleiter mit großer Bandlücke, z.B. Methylammoniumbleiiodid. Unterstützung der vorgenannten Ziele und aller Projektpartner durch spezielle Analytik, z.B. am Elektronenspeicherring BESSY II.
Im Teilprojekt des ZSW soll durch experimentelle Realisierung von schnellen CIGS Beschichtungsprozessen im Koverdampfungsverfahren mittels einer Inline-Anlage Erkenntnisse über die Prozessführung gewonnen werden, die den Übertrag in die Produktion vorbereiten sollen. Die Erkenntnisse kommen dabei aus zwei großen Arbeitsbereichen, den Untersuchungen zum Einfluss von Alkalimetallen und zum Wachstumsverlauf schneller CIGS Prozesse.
Definiertes Projektziel ist die Entwicklung robuster, insbesondere wettbewerbsfähiger und effizienter Prozesse für die industrielle Fertigung von CIGS-Dünnschichtsolarzellen. Ein wesentlicher Aspekt ist hierbei das Verständnis für die Funktion von Kalium im Rahmen der Dotierung mit Alkali und eine entsprechend optimierte Prozessführung. Als weiteres Projektziel ist die signifikante Erhöhung der Kristallisationsgeschwindigkeit im CIGS-Abscheideprozess zu nennen. Mit der Konzeptentwicklung einer CIGS-basierten Tandem-Zelle setzt dieses Verbundprojekt einen grundlegenden Anfang für zukünftige Arbeiten an der signifikanten Wirkungsgraderhöhung von CIGS-Solarzellen.
Zentrales Thema der Forschungsarbeiten ist die Verkürzung der CIGS-Depositionszeit mit dem Ziel die Wettbewerbsfähigkeit der CIGS-Dünnschichttechnologie zu erhalten und zu steigern. Dies wird unterstützt durch die computerbasierte Beschreibung wichtiger Teilprozesse wie Diffusion, Kristallbildung, Wachstumskinetik, Gleichgewichtszustände, Alkali-Austausch, Alkali-Einbau ins Gitter, etc. Parallel dazu erfolgt die experimentelle Umsetzung in einer eigens für schnelle Abscheideprozesse optimierten Pilotanlage. Durch aufwändige analytische Verfahren und Untersuchungen werden Teilprozesse und Effekte des schnellen Wachstums und des Alkali-Einbaus detailliert erforscht. Hinzu kommen Beiträge zur Auswahl und zur experimentellen Verifizierung eines p-Verbindungshalbleiters zur Vorbereitung der monolithischen Tandem-Verschaltung (z. B. Chalkopyrit/Perovskit).
Der Beitrag der Friedrich-Schiller-Universität Jena (FSU Jena) im Verbundvorhaben wird in der umfassenden und grundlegenden Charakterisierung von Chalkopysritbasierten (CIGS)-Laborzellen und Teilschichten liegen, die vom Industriepartner Manz und den Verbundpartnern ZSW und HZB hergestellt werden sowie von Proben, die selbst nachpräpariert werden sollen. Weiterhin soll die Dotierung von Teilschichten durch (Niederenergie-) Ionenimplantation untersucht werden. Diese Arbeiten haben das Ziel, die Eigenschaften der bei schneller Prozessführung entstehenden Fremdphasen und des umgebenden Materials zu klären und so ein tieferes Verständnis der Diffusions- und Wachstumsprozesse unter diesen Herstellungsbedingungen zu erreichen. Zum anderen sollen durch Alkalinachbehandlung mittels gezielter Niederenergie-Ionenimplantation die wesentlichen Parameter gefunden werden, die für die Nachbehandlung entscheidend sind.
Duenne Schichten von neuartigen, hochabsorbierenden Verbindungshalbleitern sollen mittels unterschiedlicher Verfahren praepariert werden. Als geeignete Materialien werden zunaechst FeS2, CuInS2 und Schichtgitterverbindungen des Typs MX2 (M=Mo, W; X=S, Se) beruecksichtigt, die alle hohe Absorptionskonstanten und geeignete Energieluecken fuer Solarenergieumwandlung aufweisen. Als Praeparationsverfahren sind chemische Spruehverfahren, Aufdampfverfahren, Depositionsverfahren von metallorganischen Verbindungen (MOCVD) und Epitaxietechniken (MBE) vorgesehen. Die Halbleiterschichten sollen bezueglich ihrer elektronischen und optischen Eigenschaften charakterisiert und in Bezug auf ihre Eignung fuer Solarenergieumwandlung entwickelt werden. Zusaetzlich sollen Polymerverbindungen bezueglich ihrer Eignung als photoaktives Medium untersucht und entwickelt werden.
Die Weiterentwicklung und Optimierung aussichtsreicher Systeme fuer photovoltaische und (photo)elektrokatalytische Prozesse ist geplant. Bei der stromerzeugenden Energieumwandlung stehen Forschungen zur Optimierung des elektronischen Verhaltens von Pyrit (FeS2) und Roquesit (CuInS2) im Vordergrund. Darueber hinaus sollen neuartige, vielversprechende Halbleiter auf ihre Anwendbarkeit untersucht werden. Bei der Weiterentwicklung von katalytisch aktiven Materialien sind Verbindungen mit reaktiven Uebergangsmetallzentren von besonderem Interesse. Die Herstellung neuartiger bzw modifizierter Chevrelphasen sowie die Oberflaechenbeeinflussung von Halbleitern durch katalytisch aktive Reaktanden soll durchgefuehrt werden.
| Organisation | Count |
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| Bund | 14 |
| Europa | 1 |
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| Wissenschaft | 5 |
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| Förderprogramm | 14 |
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| Offen | 14 |
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| Deutsch | 12 |
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