Hochauflösende elektronenmikroskopische Analytik an siliciumbasierten Dünnschichtmaterialien für Solarzellen der nächsten Generation

Die unterschiedlichen Möglichkeiten nanostrukturierter Materialien auf der Basis von Silicium und damit kompatibler Verbindungen (SiO2, SiNx, SiC, u. a.) zur Verwendung als funktionale Elemente in hocheffizienten Solarzellen werden untersucht. Im Fokus steht hierbei ein Solarzellen-Konzept mit zwei selektiven Hetero-Kontakten und einem Absorbermaterial sowie eine Tandemsolarzelle mit zwei Absorbern unterschiedlicher Bandlücke und einem zusätzlichen Tunnelkontakt. Das in Kooperation mit Technologie-, Simulations- und Analysepartnern angestrebte Projektziel ist, alle diese funktionalen Elemente auf der Basis von nanostrukturierten Si-Verbindungen herzustellen. Die drei zentralen Themenschwerpunkte sind hierbei:1. Herstellung und Optimierung eines photovoltaischen Absorbermaterials bestehend aus in eine SiO2 Matrix eingebetteten Si-Nanostrukturen,  2. Untersuchung von selektiven p-Typ- und n-Typ-Kontaktmaterialien aus einer Mischung von Si-Nanokristallen und einer SiO2 Matrix. Diese Kontaktmaterialien sollen dabei sowohl für kristalline Wafer-Solarzellen als auch für Dünnschicht-Solarzellen aus amorphem und/oder mikro-kristallinem Silicium verwendbar sein,
3. Integration und zeitnahe Nutzung der hergestellten Si-Nanodot/Nanocluster mit optimierten Grenzflächen als Kontaktschichten und/oder als Absorber-Dünnschichten innerhalb einer zu fertigenden Silizium-Nanodot-Emitter Hetero-Solarzelle (Semi-insulating polychrystalline Silicon - SIPOS) verbunden mit der Demonstration eines Proto-Zelltyps.  Mit dem Vorhaben wird ein neues anwendungsmotiviertes Grundlagenforschungsfeld zur Untersuchung von Silicium-Nano-Materialien für die Photovoltaik mit sehr komplexem festkörperphysikalischem Neuland betreten, dessen Ziel darin besteht, eine deutliche Erhöhung des Solarwirkungsgrades über dem Shockley-Queisser-Limit für den einfachen pn-Übergang von ca. 30% zu erreichen.