Neue Anwendungen für die Photovoltaik und die Optoelektronik
Das NANOPHOTO-Projekt ("Nanocrystalline Silicon Films for Photovoltaic and Optoelectronic Applications") arbeitete an der Entwicklung nanokristalliner Siliciumschichten (nc-Si) für Anwendungen im Bereich der Photovoltaik und der Optoelektronik. Um diese Arbeiten zu unterstützen, entwickelte das EU-finanzierte Projekt auch rechnergestützte Werkzeuge zur Unterstützung der Erstellung eines neuen nc-Si-Wachstumsprozesses mithilfe einer Variante eines LEPECVD-Reaktors (Low-Energy Plasma-Enhanced Chemical Vapour Deposition"). Die Modellierungen umfassten die Molekulardynamik (MD) und Neuberechnungen, rechnergestützte Werkzeuge wurden verwendet, um die Mikrostruktur und die Dehnung zu bewerten. Die Forscher hatten als erstes Ziel, die besten Herangehensweisen zur Beschreibung der komplexen Multiskalenphysik des Wachstumsprozesses von Si-Schichten, die durch im LEPECVD-Verfahren abgeschieden werden, zu bestimmen. Die Modelle wurden erst auf ideale Umgebungen angewendet, um ein besseres Verständnis der grundlegenden Physik zu erhalten. Anschließend erfolgte die Anwendung dieser Modelle auf Situationen in der realen Welt, hier ergaben sich herausragende Resultate. Aus der Studie ging eine Vielzahl von positiven Ergebnissen hervor. Ein Beispiel ist die Modellierung der strukturellen Evolution von nc-Si und nc-Si/a-Si (dem Verhältnis von kristallinem und amorphem Silicium) durch die Berücksichtigung von Spannungseffekten und die Bestimmung der Atommobilität unter willkürlichen Temperatur/Spannungsbedingungen. Weitere Untersuchungen zeigten, dass es in reinen Siliciumsystemen keine Beschränkung der Elektronenwellenfunktion gibt. Indem ein DAC-TB-Algorithmus verwendet wurde, konnten die LEPECVD-Teammitglieder die Elektroneneigenschaften von nc-Si im Rahmen einer Kristallisation bei endlichen Temperaturen charakterisieren. Dies ermöglichte einen Vergleich (der erste dieser Art) zwischen den strukturellen und den optoelektronischen Eigenschaften von großen nanokristallinen Modellen. Die Untersuchungen ergaben auch positive experimentelle Ergebnisse im Bereich des Prototypings.
