Entwicklung von ultradünnen metamorphen Mehrfachsolarzellen zum Erreichen höchster Umwandlungseffizienzen

Abstract

Die höchsten Wirkungsgrade für Solarzellen werden mit Mehrfachsolarzellen aus III-V-Material erreicht. Ein aktuelles Konzept sind die so genannten invertiert metamorphen Tripelzellen (IMM-Zellen). Ein Vorteil dieses Konzeptes im Vergleich zu dem heutigen Industriestandard ist die bessere Stromanpassung, was durch eine Ga0.71In0.29As-Unterzelle mit einer Bandlücke von 1 eV erreicht wird. Das Material der Unterzelle ist dann allerdings nicht mehr zu den oberen beiden Teilzellen gitterangepasst. Die Differenz in der Gitterkonstante wird durch einen so genannten metamorphen Puffer überbrückt. Die Pufferstruktur muss dabei das Kristallgitter vollständig entspannen, was über Versetzungsbildung geschieht. Die Versetzungen dürfen nicht in die nachfolgende Solarzelle vordringen, da sie dort Rekombinationszentren darstellen und den Wirkungsgrad der Zelle verringern. Das Ziel dieser Arbeit war die Entwicklung von metamorphen Pufferstrukturen für den Einsatz in IMM-Solarzellen. Dabei lag der Schwerpunkt der Arbeit auf dem Verständnis für die Versetzungsbildung im Puffer in Abhängigkeit vom Material, der Substratfehlorientierung und dem konkreten Aufbau der Schichten.