Vorlesung Solarenergie: Terminplanung

Transkript

1 Vorlesung Solarenergie: Terminplanung

2 Marktanteile der verschiedenen Solarzellenmaterialien CdTe/CIS Quelle: Luther FhG ISE

3 Marktentwicklung der versch. PV-Technologien Quelle: Sarasinstudie

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7 Solarzellen aus amorphem Silizium Abscheidereaktoren für die Herstellung von Solarzellen aus amorphem Silizium bei RWESchottSolar (

8 Warum c-si und multi-si? - hohe Wirkungsgrade - hohe Zuverlässigkeit, hohe Langzeitstabilität (> 20 J.) - reichlich Si vorhanden - nicht toxisch

9 Warum nicht c-si? Warum Dünnschicht? -c-si ist teuer - kostengünstigere Herstellung -c-si wird noch teurer, wenn der Bedarf nicht mehr durch Ausschuss von EG-Si aus der Mikroelektronik gedeckt werden kann -c-si Technologie ist energieintensiv (Energierücklaufzeiten 6-8 Jahre) - geringere Energierücklaufzeiten -Schichtdicken im nm-bereich kontrollierbar - großflächige Deposition -großer Materialaufwand, Wafer sind -zu dick - monolithische Verschaltung - kein großflächiger Prozess

10 Dünnschichtsolarzellen: Materialien JHW: Vielen Dank an Prof. Jürgen Werner, Uni Stuttgart für zahlreiche Grafiken in dieser Vorlesung. Weitere Grafiken entstammen einem Vortrag von Dr. Hannes Meier, Universität Neufchâtel, Schweiz.

11 Photovoltaik mit amorphem Silizium

12 Deposition von amorphem Silizium a-si Plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD)

13 Struktur c-si a-si c-si: Nah- und Fernordnung a-si: nur Nahordnung

14 Struktur c-si a-si Fehlende Fernordnung hat drastische Auswirkungen auf die elektronischen Eigenschaften: - keine Periodizität keine Bandstruktur kein indirekter Halbleiter mehr Erhöhung der Absorption

15 Elektronische Struktur von amorphem Si -Variation der Bindungslängen/Bindungswinkel/ Bindungsstärken Ausschmieren der Bandkanten, flache Störstellen -nichtabgesättigte Bindungen (dangling bonds) Zustände in der Mitte der Bandlücke

16 a-si/a-si:h -bei der Abscheidung wird prozessbedingt H in den Film eingebaut (amorphe Si/H-Legierung, a-si:h) -durch Optimierung der Wasserstoffkonzentration wird die Dichte der dangling bonds /deep traps minimiert -beste elektronische Eigenschaften für % H

17 Elektronische Struktur in amorphem Si Beweglichkeiten c-si: µ e =1100 cm 2 V -1 s -1 ; µ h =300 cm 2 V -1 s -1 Beweglichkeiten a-si:h: µ=2 cm 2 V -1 s -1

18 pin-solarzelle a-si:h -die c-si Solarzelle beruht auf der Diffusion von Minoritätsladungsträgern L Diff (c-si)>200µm - L Diff (a-si:h) 150 nm - aber: Driftlänge 1 µm -Design der Solarzelle so, dass Absorption in der RLZ - dotierte Bereiche möglichst dünn pin-struktur

19 Solarzellen aus a-si:h -Dotierung mittels Zugabe von B 2 H 6 und PH 3

20 Solarzellen aus a-si:h -superstrate -substrate

21 Legierbarkeit von a-si/ge/c:h: Multiple Zellen -Beimischung von GeH 4 während der Abscheidung

22 Stabilität - Staebler-Wronski-Effekt : licht- und ladungsträgerinduzierte Alterung durch Aufbrechen von Bindungen

23 Monolithische Verschaltung von Dünnschichtzellen

24 Monolithische Verschaltung a-si:h-solarmodul

25 Roll to roll process (R2R) Kontinuierliche Abscheidung auf flexiblen Substraten (Stahl, Polymer)

26 + kostengünstig + Energierücklaufzeiten 2-3 J. + ausreichend für viele Consumer-Anwendungen + Abscheidung auf kostengünstige und flexible Substrate - bescheidene Wirkungsgrade

27 Zwischen a-si und c-si: Das mikrokristalline Si (µc-si:h) -Herstellung durch Dünnschichtprozeß (wie a-si:h), -aber vorteilhafte Eigenschaften eines Kristalls

28 c-si a-si:h

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31 Tandemsolarzellen a:si:h/µc-si:h Wirkungsgrade %

32 Einkristalline Dünnschichtzellen?

33 Chalkopyrite als Solarzellenmaterialien (I-III-VI 2 -Halbleiter) - niedrige Abscheidetemperaturen - geringe Oberflächenrekombination - hohe Absorptionskonstanten - geeignetes Bandgap - legierbar

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35 Polykristalline CIS-Zellen

36 pn-heteroübergänge - n-dotierung schwierig - Verwendung einer n-dotierten Fensterschicht (CdS)

37 CIS: Herstellung der Absorberschicht

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39 Idee zur weiteren Verbeserung: Chalkopyrit-Tandemzelle

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