Analyse und Optimierung von III-V Solarzellen mittels numerischer Modellierung

Abstract

Solarzellen aus III-V Halbleitern erreichen die höchsten Wirkungsgrade, die mit Photovoltaik bisher realisiert wurden. Diese Art von Solarzellen ist deshalb zur Analyse der aktuellen Wirkungsgradgrenzen aus wissenschaftlicher Sicht besonders interessant. Durch den Einsatz von III-V Mehrfachsolarzellen in Konzentratorsystemen wird diese hocheffiziente PV-Technologie zudem auch aus wirtschaftlicher Sicht für die terrestrische Stromerzeugung zunehmend relevant.Die Entwicklung der Solarzellenstrukturen erfolgte bisher vor allem experimentell. Aufgrund der hohen bereits realisierten Wirkungsgrade und der Komplexität der Strukturen werden Methoden der numerischen Modellierung für die Weiterentwicklung nun immer wichtiger. Diese Arbeit zeigt auf, wie numerische Modellierung systematisch zur Optimierung von Solarzellen eingesetzt werden kann. Dazu wurden verschiedene Simulationswerkzeuge in den Entwicklungsprozess integriert und durch ausführliche Vergleiche von Messung und Simulation validiert. Wie mit Hilfe dieser numerischen Modelle vorhandene Solarzellenstrukturen analysiert und Optimierungspotenziale identifiziert werden können, wird ausführlich dargestellt und diskutiert. Der Praxisbezug der hier beschriebenen Entwicklungen zeigt sich insbesondere darin, dass durch den systematischen Einsatz der Simulation im Entwicklungsprozess Solarzellen mit Weltrekordwirkungsgraden realisiert werden konnten.