Neue Fortschritte bei Mehrfachsolarzellen
InGaN bietet hinsichtlich der Entwicklung hocheffizienter Mehrfachphotovoltaikgeräte aufgrund dessen starker Absorptionseigenschaften und vielseitiger Anwendungsmöglichkeiten ein großes Potenzial. Dessen Umwandlungseffizienz ist jedoch aufgrund verschiedener technischer Faktoren immer noch nicht hoch genug, um wettbewerbsfähig zu sein. Im Rahmen von SOLARIN (Solar cells based on InGaN nanostructures on silicon), verfolgten Wissenschaftler ein neues InGaN-Solarzellendesign, mit dem Mehrfachzellen erreicht werden könnten, die das gesamte Solarspektrum abdecken und die eine hohe Umwandlungseffizienz aufweisen. Wichtige Erwägungsgründe wie etwa die Stabilität bei einem hohen Anteil an Solarstrahlung und die Kompatibilität mit Siliziumtechniken wurden bei dem Projekt vollständig berücksichtigt. Die Forschung war auf grundlegenden Untersuchungen zu einzelnen InGaN-auf-Silizium-Schichten für die Herstellung und Beschreibung von Geräten aufgebaut, bei denen InGaN in die p-dotierte Region eingebunden ist. Wissenschaftler nutzten eine plasmaassistierte Molekularstrahlepitaxie zur Kontrolle des Wachstums der InGaN-Schicht und erhielten dabei InGaN-Filme mit einem hohen In-Gehalt (30 %). InGaN wurde auf einem GaN-Puffer auf transparentem Substrat hergestellt: Saphir. Die gleiche Methode lässt sich allerdings auch auf Siliziumsubstrate übertragen. Bei der Synthese von Filmen mit einem hohen Indiumgehalt hängt die Filmdicke und -zusammensetzung nicht nur von den Wachstumsbedingungen, sondern auch von dem durch die darunter liegenden Schichten induzierten Dehnungszustand ab. Wissenschaftler berichteten über eine Wechselwirkung zwischen Stressentlastung und In-Gehalt bei den dicken InGaN-Sichten. Das Team entwickelte zudem ein doppeltes p-Typ-Kontaktdesign, das auf Nickel und Gold basiert. Hierdurch konnten Bedenken hinsichtlich Transparenz und Trägerkollektion überwunden werden. Auch wenn die neu entwickelten Solarzellen noch weit davon entfernt sind, Rekorde zu setzen, war die Arbeit innovativ, da weder eine Oberflächenbehandlung noch eine Beschichtung der Ober- oder Unterseite angewandt worden ist. SOLARIN hatte zum Ziel, die Vorrangstellung Europas im Bereich der hocheffizienten Photovoltaik zu sichern. InGaN-Breitbandsolarzellen sind der Wegbereiter für eine wachsende Palette an Technologien, die solarbetriebene elektrische Zäune, solarbetriebene Wasserpumpen, eine Elektrifizierung mit PV-Systemen in ländlichen Regionen, Wasseraufbereitungssysteme sowie Raum- und solarbetriebene Fahrzeuge umspannen.
Schlüsselbegriffe
Mehrfach, Solarzellen, InGaN, Photovoltaik, Silizium, solarbetrieben
