Sie sind hier: Startseite Photovoltaische … Forschung Simulation von Prozessen und …

Simulation von Prozessen und neuartigen Solarzellenkonzepten

Bei der Weiterentwicklung von Solarzellen werden in zunehmendem Maße neue Konzepte zur Wirkungsgradsteigerung und Kostenreduzierung untersucht. Solche neuen Solarzellenstrukturen sind oft komplex und benötigen eine Vielzahl von Prozessschritten. Die numerische Modellierung von physikalischen Prozessen - sowohl während der Herstellungsprozesse als auch in der fertigen Solarzelle - hilft dabei, die physikalischen Vorgänge systematisch zu verstehen und die Anzahl der notwendigen Experimente zu verringern. In der Arbeitsgruppe durchgeführte Potential- und Verlustanalysen ermöglichen so eine rasche Bewertung neuer Solarzellenkonzepte sowie eine gezielte Optimierung.

 Simulation Wirkungsgrad

Abbildung 1. Simulierte Abhängigkeit des Wirkungsgrades von der Ladungsträgerlebensdauer im Volumen (τSRH) von „Silicon Hetero Junction (SHJ)“ und „Tunnel Oxide Passivated Contact (TOPCon)“ Hocheffizienzsolarzellen mit variierenden Basiswiderständen.

 

Um Wirkungsgrade über 22% zu erreichen, benötigen auch fortgeschrittene Solarzellenkonzepte Ladungsträgerlebensdauern über 1 ms (siehe Abbildung 1). Diese Ladungsträgerlebensdauer wird maßgeblich durch Verunreinigungen im Silizium wie z.B. Sauerstoff, Eisen und anderen Metallen bestimmt. Ein Schwerpunkt der Arbeitsgruppe ist daher die numerische Simulation des Diffusions- und das Umlagerungsverhalten von Verunreinigungen, von der Kristallisation bis zur fertigen Solarzelle. Bei der Vorhersage und Optimierung werden experimentell verifizierte Simulationsmodelle verwendet (siehe Abbildung 2). Diese Modelle können sowohl untereinander als auch mit den elektrischen Simulationen kombiniert werden.

 

Eisenimaging2

Abbildung 2. Messung der gelösten Eisenkonzentration (Fei) an einer vertikalen Scheibe vom Boden bis Kappe eines multikristallinen Siliziumblocks. Die Randbereiche mit erhöhter Verunreinigungskonzentration und damit verringerter Materialqualität lassen sich dabei sehr gut erkennen. Simulierte und gemessene Eisenkonzentration bei verschiedenen Blockhöhen zeigen sehr gute Übereinstimmungen.