Arbeitsgruppe Emergente Solarzellentechnologien

In der Gruppe „Emergente Solarzellentechnologien“ werden schwerpunktmäßig konzeptionell neue Prozess- und Solarzelltechnologien von der Grundlagenforschung bis hin zur industriellen Anwendung evaluiert. Das zugrundeliegende Ziel ist, neben der weiteren Reduktion der Stromgestehungskosten durch Erhöhung des Stromertrages sowie die Ertüchtigung der Photovoltaik für Spezialanwendungen, die Unterstützung unserer Industriepartner (Materialhersteller, Anlagenbauer, Zellhersteller). Aktuell streben wir insbesondere an, die Wiederansiedlung der PV-Produktion in Europa zu unterstützen. Spezifisch für die Gruppe ist der erwartete Zeithorizont bis zur Überführung der Technologien in die industrielle Nutzung von ca. 3 bis 5 Jahren. Zu aktuellen Forschungsschwerpunkten zählen die Industrialisierung passivierender Kontakte auf Basis von dotierten polykristallinen Silizium-Schichten, die auf einem dünnen passivierenden Grenzflächenoxid abgeschieden werden (POLO, poly-Si on oxide), die Erweiterung der Si-Technologie zu Tandemsolarzellen sowie die Anpassung der Solarzelltechnologie auf die Spezialanwendung fahrzeugintegrierte Photovoltaik.

Die Aktivitäten der Gruppe verteilen sich auf folgende, aufeinander aufbauende Forschungsgebiete:

Grundlagenuntersuchungen an Si-basierten Solarzellkonzepten

• Erhöhung des Wirkungsgradpotentials durch Anwendung neuartiger Konzepte wie. z.B. photonischer Kristalle zur besseren Lichteinkopplung
• Entwicklung einer optisch und elektrisch optimierten Verbindung zwischen den Subzellen von monolithischen Tandemsolarzellen auf Basis von poly-Si basierten Tunnel- oder Rekombinationsübergängen 
• Vertiefung des Verständnisses der Bauelementephysik von 3-Terminal-Tandemsolarzellen
• Demonstration des Wirkungsgradpotentials von Si-Solarzellen und von Si-basierten Tandemsolarzellen auf Labormaßstab (oft zusammen mit nationalen und internationalen Partnern)

Entwicklung von industriellen Einzelprozessen und vollständigen Prozesssequenzen für Si-basierte Solarzelltechnologien

• Entwicklung und Optimierung von auf p-Typ-Silizium basierenden Solarzellen, die aufgrund der Kombination von elektronen-sammelnden POLO- und herkömmlichen legierten Al-Kontakten ein hohes Wirkungsgradpotential mit einem schlanken Prozessfluss und wenig Materialkosten kombinieren („POLO-BJ, POLO-IBC“)
• Entwicklung einer reinen Al-basierten Metallisierung
• Weiterentwicklung dieser Zellstrukturen als kostengünstige 2- oder 3-Terminal-Bottomzelle in Si-basierten Tandemsolarzellen
• Entwicklung industriell relevanter Abscheidetechnologien für Perowskite, insb. auf Basis von Gastransport-unterstützten PVD-Verfahren

Anwendung von Si-Solarzellen für die Fahrzeugintegrierte Photovoltaik

• Aufbau und Testbetrieb eines praxisrelevanten, elektrisch betriebenen leichten Nutzfahrzeuges mit integrierter Photovoltaik, Analyse des Energieflusses und der erreichbaren Reichweitenverlängerungen
• (in Zusammenarbeit mit dem Institut für Materialien und Bauelemente der Elektronik, LUH): Analyse der Auswirkungen transienter Teilverschattungen im Fahrbetrieb auf den PV-Ertrag

Prozessierungs-Dienstleistungen in den oben genannten Bereichen

• Beispiel: Evaluation von Wafermaterial oder Einzelkomponenten auf Höchsteffizienz-Zellniveau