Analyse der elektrischen, optischen und strukturellen Eigenschaften von Emitter und TCO Schichten für kristalline Silizium-Heterosolarzellen

Abstract

Der Großteil der weltweiten Energieerzeugung beruht derzeit auf der Nutzung fossiler Energieträger. Diese sind jedoch zum einen endlich und zum anderen trägt das bei ihrer Verbrennung freigesetzte CO2 maßgeblich zur Erderwarmung bei. Eine Steigerung des Anteils an regenerativer Energieerzeugung wird dadurch immer wahrscheinlicher. Dem tragt auch der Koalitionsvertrag zwischen CDU/CSU und SPD vom November 2013 Rechnung. So soll der Anteil der erneuerbaren Energien an der Stromerzeugung bis zum Jahr 2035 auf 55 - 60% ausgebaut werden.Die Photovoltaik, also die direkte Umwandlung von Sonnenstrahlung in Strom, kann dabei neben der Wind- und Wasserenergie eine große Rolle spielen, um diese Ziele zu erreichen. Dafür notwendig ist jedoch eine weitere Senkung der Systemkosten von Photovoltaikanlagen. Diese kann beispielsweise durch die Verwendung von Hocheffizienzsolarzellen erreicht werden, da diese auf gleicher Modulflache mehr Leistung als konventionelle Solarzellen erzeugen und somit die Kosten pro Watt Peak senken können.Die Struktur von hocheffizienten kristallinen Silizium-Homojunctionsolarzellen ist allerdings aufwendig und ihr Herstellungsprozess damit sehr teuer. Eine Alternative zu diesen stellen hocheffiziente kristalline Silizium-Heterosolarzellen dar. Das Kostensenkungspotential dieses Solarzellentyps ist, bedingt durch seine recht einfache Zellstruktur und die Tatsache, dass er komplett bei Temperaturen von unter 200°C hergestellt werden kann, sehr hoch.Gegenstand der vorliegenden Arbeit ist die Analyse verschiedenster Emitter und transparenter leitfähiger Oxidschichten (TCO) zur Implementierung in kristallinen Silizium-Heterosolarzellen. Erstmals werden in dieser Arbeit c-Si Heterosolarzellen auch im Rahmen einer Freien-Energie-Verlustanalyse charakterisiert, um ein tieferes physikalisches Verständnis der Struktur c-Si Heterosolarzellen sowie der darin ablaufenden Prozesse zu gewinnen. Ein Hauptaugenmerk dieser Arbeit gilt auch der Minimierung der parasitären Absorption im Heteroemitter. Dazu soll der häufig verwendete Heteroemitter aus a-Si:H mit einem anderen Material, das im Vergleich zu a-Si:H eine größere Bandlücke aufweist, ersetzt werden. Ein weiterer Schwerpunkt dieser Arbeit liegt auf der Entwicklung und Charakterisierung eines transparenten leitfähigen Oxids. Dieses wird für die Kontaktierung der amorphen Heteroemitter benötigt, da deren Querleitfähigkeit zu gering für eine direkte Kontaktierung ist.