Die Energieumwandlung aus photovoltaischen Zellen ist eine seit vielen Jahrzehnten bekannte und hoch entwickelte Technologie. Für eine nachhaltige Energiegewinnung ist es allerdings notwendig Solarzellen kostengünstiger zu produzieren um mit fossilen Brennstoffen konkurrieren zu können. Die bei weitem am weitesten verbreitete und höchsten entwickelte Technologie basiert auf der Verwendung von Siliziumwafern. Diese Technologie ist aber aufgrund des hohen Preises von hochreinem Silizium sehr teuer. Anstatt der Verwendung relativ dicker Siliziumwafer können die Materialkosten mit Hilfe von Dünnschichttechnologien, oder Solarzellen der 'zweiten Generation' reduziert werden. Die Effizienz von Solarzellen kann durch Technologien der so genannten 'dritten Generation' signifikant verbessert werden. Sowohl für Solarzellen der zweiten bzw. der dritten Generation können höhere Absorption aus dem Sonnenlicht zu höheren Effizienzen führen. Plasmonische und photonische Effekte sind viel versprechende Methoden um höhere Effizienzen zu erzielen. Ziel dieses Forschungsvorhabens ist es plasmonische Strukturen mittels des physikalisch-chemischen Prozesses 'Substrat Induzierte Koagulation' (engl. Substrate Induced Coagulation - SIC) herzustellen. Bis zum heutigen Tag behandelte kein Forschungsprojekt, diese physikalisch-chemische Methode. Substrat Induziere Koagulation hat ein herausragendes Potential Strukturen einerseits billiger und andererseits unter Wahrung der ursprünglichen Form, oder durch die Möglichkeit Partikel mit anderen, kleineren zu beschichten ('core-shell'-particles), eine Vielzahl an plasmonischen Strukturen herzustellen. Die geplante Grundlagenforschung über diesen Weg sollte es möglich machen, die Wechselwirkung zwischen Licht und plasmonischen Nanostrukturen besser zu verstehen und die Effizienz von Dünnschichtsolarzellen (a-Silizium) zu erhöhen.
Ziel des Teilprojekts ist die Herstellung von Solarzellen mit passivierendem Tunnelkontakt und funktionalen Schichten aus katalytischer (Cat-) und plasmaunterstützter (PE-) chemische Gasphasenabscheidung (CVD). Dabei stehen die Entwicklung von industriell geeigneten Prozessen zur kostengünstigen Abscheidung sowie die Demonstration von passivierten Kontaktsolarzellen mit hohen Wirkungsgraden im Fokus. Die vorhandenen und gewonnenen Erkenntnisse bezüglich der Herstellung von und des Verständnisses für Siliziumoxid und amorphem Silizium (a-Si:H), die für die Erzeugung passivierter Kontakte in Siliziumsolarzellen optimiert sind, sollen in die Prozess- und Anlagenentwicklung im Verbund einfließen. Des Weiteren wird eine beidseitig kontaktierte Demonstratorsolarzelle mit einer transparenten Vorderseite basierend auf einem Tunneloxid/Siliziumkarbid Schichtstapel gefertigt.
Ziel des Teilvorhabens ist es, im Rahmen des Verbundes Formulierung von Perhydropolysilazan (PHPS) zu erforschen, gegebenenfalls zu modifizieren und zu optimieren und diese den Projektpartnern für ihre eigenen Entwicklungsarbeiten zur Verfügung zu stellen. Die PHPS Materialien sollen hinsichtlich Ihrer Verarbeitbarkeit, Partikelfreiheit und Reinheit die Anforderungen an die Qualität zur Verwendung als Precursor für Barriereschichten erfüllen. Durch die Modifikationen des PHPS soll in Zusammenarbeit mit den Partnern der Beschichtungsprozess hinsichtlich Reproduzierbarkeit hochwertiger Barriereeigenschaften und enger Schichtdickenverteilung optimiert werden. Im Rahmen des Projektes soll eine kosteneffiziente Synthese des PHPS Derivates entwickelt und in den Technikumsmaßstab hochskaliert werden. Das Teilvorhaben gliedert sich in 4 Arbeitspakete: 1. Bereitstellen von PHPS in optimierter Qualität 2. Bereitstellung von Formulierungen 3. Upscale und wirtschaftliche Betrachtung 4. Zusammenfassung, Darstellung und Sicherung der Ergebnisse.
Durch eine lokale Bor-Hochdotierung im Bereich der Kontakte lässt sich der Wirkungsgrad der Solarzelle entscheidend verbessern. Die speziellen Eigenschaften des Bor machen es schwer dünne Borschichten in Sputtertechnologie abzuscheiden. Mäßige Sintereigenschaften, eine hohe Sprödigkeit und keine ausreichende elektrische Leitfähigkeit erfordern sehr hohe Entladespannungen und Gleichstrom-Sputtern ist grenzwertig niedrig. Um das zu verbessern, werden folgende Bereiche untersucht: - Drucklos-Sintern der Bortargets - Entwicklung von Ofeneinbauten für eine sehr gute Temperaturhomogenität - Dotierung von Borpulver mit Silizium - Zusetzen von Additiven, um die notwendige elektrische Leitfähigkeit zu erreichen und gleichzeitig die Reduzierung der Sprödigkeit, um Targetdicken von 10mm zu erreichen. Si1: - Bortargets drucklos sintern, spannungsfreie, rissfreie Targetplatten herstellen. - Untersuchung verschieden hergestellter Kornverteilungen zur Verbesserung der Sinteraktivität und verbesserter Dichte. - Untersuchung von Grafiteinbauten in den Sinterofen, um eine sehr gute Temperaturhomogenität (+/- 3°C) während des Sinterprozesses zu erreichen. - Das Sinterprogramm so gestalten, dass in den Targetplatten keine Spannungen auftreten und rissfreies Gefüge entsteht. Si2: - Borpulver mit Silizium dotieren 1 - 10wt% und ca. 50wt% Wesentliche Fragestellungen sind dabei: - Welcher Einfluss ist auf die Sintereigenschaften feststellbar? - Kann die Sprödigkeit reduziert werden? - Welche Verbesserung wird bei der Abscheiderate in der Sputteranlage erreicht? - Wie stark kann die elektrische Leitfähigkeit beeinflusst werden? Si3: - elektrisch leitfähige Bortargets - gezielte Zugabe von Additiven und Sintern bei hohen Temperaturen (2000°C) um eine merkliche Diffusion der Additive in das Borgitter zu erreichen.