Leibniz befasste sich mit - U-Booten, - Türschlössern, - Fieberthermometern, - Bergbau-Pumpen, - Infinitesimalrechnung - dualem Code Aber nicht mit

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1 J. Caro Institut für Physikalische Chemie und Elektrochemie Photovoltaik-Forschung an der Leibniz Uni Hannover Leibniz befasste sich mit - U-Booten, - Türschlössern, - Fieberthermometern, - Bergbau-Pumpen, - Infinitesimalrechnung - dualem Code Aber nicht mit

2 Kondratieff: Schumpeter: wiss.-techn. Entwicklung in Wellen Jede Epoche hat Schlüsseltechnologien? Welche globale Welle kommt nach dem Info-Zeitalter? Energy age? Health age?

3 Institut für Elektroprozesstechnik Institut für Elektroprozesstechnik Verbesserung der Technologie der Herstellung einkristallinen Siliciums durch Tiegel- und Zonen-Schmelzen B. Nacke, E. Baake Einsatz elektromagnetischer Felder in der Kristallzucht Verbesserte Qualität von Si-Einkristallen Einsatz bei Wacker Schott Solar AG

4 Elektromagnetische Felder beim Czochralski-Process Tiegel-Ziehen von Silicium-Einkristallen Vessel AC field inductor B DC (r,z) B AC (r,z) f T(r,z) AC (r,z) v(r,z) DC field inductor AC field bottom inductor Q Q - Größere Si-Einkristalle (30 cm) in besserer Qualität Q - T = 23,4 K max T = 31,1 K max

5 Elektromagnetische Felder beim Zonen- Umschmelzen von Silicium-Einkristallen Rotierendes Feld Größere (20 cm) Si-Einkristalle in besserer Qualität Drehfeldmagnet

6 Produktion von Solarsilicium Es wächst ein polykristalliner oktaedrischer Hohlzylinder Silicon Tube Octagonal Die Molten Silicon Induction Heater Wacker Schott Solar AG

7 Abteilung Solarenergie des Instituts für Festkörperphysik als Zweigstelle des Instituts für Solarforschung Hameln an der Leibniz Uni Hannover P. Aldermatt, R. Brendel Entwicklung von physikalischen Modellen für die numerische Simulation von: - Silicium-Solarzellen - Optischen Eigenschaften von Nanostrukturen für Solarzellen und Solarthermie

8 Simulation von Silicium-Solarzellen für Zelloptimierung, verbessertes Design Physikalische Modelle Transport,Oberflächengüte, Optische Eigenschaften, usw. Halbleiter Gleichungen Blick ins Innere der Solarzelle Elektrisches Potential in 3D Numerische Simulation Si, Dielektrika, Kontakte Interner Zustand, QE, PL SPICE Modell Schaltkreis Simulation Metallfinger, Rand Realistische IV Kurve, EL, PL 2 D-Elektronendichte

9 Simulation optischer Eigenschaften von nanostrukturierten Silicium-Solarzellen Nanostruktur kleiner Lichtwellenlänge Ersatz planarer Si-Schichten durch Si-Nanowires : Konzentration Licht-generierter Elektron-Loch-Paare Licht als elektromagnetische Welle Erhöhen der Quantenausbeute durch Ag-Partikel als Streuzentren auf der Oberfläche der Si-Solarzelle für höhere Wirkungsgrade Streueffekt stärker Abschattung

10 Institut für Physikalische Chemie und Elektrochemie Silicium-freie Photovoltaik: Farbstoffsensibilisierte Solarzellen nach Grätzel PCI T. Oekermann, M. Wark, J. Caro Sonnenlicht regt Elektron im Farbstoffmolekül an Elektron wird auf TiO 2 - oder anderen n-halbleiter übertragen Elektron leistet Arbeit in äußerem Stromkreis Elektrolyt transportiert Elektron zum Farbstoff Siehe 3 Poster Oekermann et al.

11 Ersatz der Halbleiterschicht aus Partikeln durch PCI nanostrukturierte elektrochemisch abgeschiedene Schicht Schiebedach eines AUDI: Si-Einkristall Farbstoff- Solarzelle

12 Vorteil der elektrochemischen Abscheidung: Halbleiter-Schicht auch auf flexible Substrate PCI Tieftemperaturtechnologie < 100 C starr flexibel

13 Institut für Materialien und Bauelemente der Elektronik Si-basierte Quantenstrukturen in kristallinen Selten- Erdenoxid-Matrizen (Gd 2 O 3 ) für zukünftige PV- Anwendungen Kooperation mit dem ISFH zur Si-Technologie H.J. Osten, A. Laha

14 Si-Nanoteilchen als 1D Quantenpunkte Si-QD Metal gate Si-Nanostrukturen für die Photovoltaik Metal gate Si-Schicht als 2D Quanten-Trog Tunnel layer S D Control layer Barrier Si QW Barrier Sub Sub Epitaktisches Gd 2 O 3 Achtung: Nanostrukturen kleiner Lichtwellelänge, Behandlung als elektromagnetische Welle erforderlich

15 Zweidimensionale Quanten-Trog-Strukturen Entkoppelte Quanten- Schichten Si-Schicht als 2D-Quanten-Trog Schichten aus 5 Atomlagen!!! Si als Elektronendonator Gd 2 O 3 als Isolator Pt Gd 2 O 3 Gd 2 O 3 Si

16 Multiphotonen-Absorption an Si-Quantenpunkten in einer Gd 2 O 3 Matrix auf Si(111) Höhere Effizienz 20 nm Si-QD Metal gate Tunnel layer S D Control layer Sub Si(111) Einlagerung von Si-Nanokristallen in den Isolator kristallines Gd 2 O 3 Größe der Si-Nanos kann zwischen 2 bis 10 nm eingestellt werden Dichte der Si-Nanokristalle kann bis zu cm -2 betragen

17 Einheit von Forschung und Lehre An-Institut der LUH Abteilung Solarenergie des ISFH im Institut für Festkörperphysik der LUH Gemeinsame Juniorprofessur Si-Photovoltaik des ISFH und der Fakultät für Elektrotechnik und Informatik am Inst. f. Materialien und Bauelemente der Elektronik Inhaltliche Abstimmung der Forschungs- Arbeiten an der LUH zur Photovoltaik mit dem ISFH