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Forschungsbericht]

Hydra - Wasserstoff in Silizium für Solarzellen - Fluch und Segen

Projektbeschreibung:
Wasserstoff zeigt sowohl positive als auch negative Auswirkungen auf die elektronischen Eigenschaften von Silizium. In diesem Projekt werden die physikalischen Ursachen hierfür analysiert und Strategien entwickelt, Wasserstoff in einem für die Zellperformance förder-lichen Zustand im Silizium vorliegen zu haben. Aktuelle Forschungsergebnisse zeigen sowohl sehr positive als auch negative Einflüsse von Wasserstoff (H) auf die Solarzellenperformance. Eingebrachter H ist nachweislich in der Lage, extrinsische und intrinsische Defekte sowohl im Silizium(Si)-Volumen als auch an der Oberfläche zu passivieren. So konnte gezeigt werden, dass H eine entscheidende Rolle bei einigen der wichtigsten Materialverbesserungen spielt: (i) der Regeneration des Bor-Sauerstoff(BO) korrelierten Defekts, (ii) der Passivierung von schädlichen Korngren-zen und anderen Kristalldefekten in multikristallinem Si, (iii) der Verbesserung der Ober-flächenpassivierung durch H-haltige dielektrische Schichten sowie (iv) bei passivierenden Kontaktsystemen wie z. B. TOPCon (tunnel oxide passivated contacts). Andererseits deu-ten neueste Untersuchungen darauf hin, dass H in bestimmten Konfigurationen selbst einen schädlichen Defekt bilden oder dessen Bildung unterstützen kann und für die Le-TID(light and elevated temperature induced degradation)-Degradation verantwortlich ist. Dieses Projekt setzt sich zum Ziel, die bislang unbekannten Wirkmechanismen und die Kinetik von H in Si qualitativ und quantitativ zu verstehen, um darauf aufbauend Optimie-rungsstrategien und geeignete, industriell einsetzbare Schichtsysteme zum Umgang mit H für unterschiedlichste Fragestellungen im Bereich der kristallinen Si-Photovoltaik zu ent-wickeln. Der Fokus liegt auf der Erarbeitung und Bereitstellung von notwendigem Wissen zum Einfluss von H auf auftretende Degradationsphänomene für weitere Projekte mit dem Ziel, unter Arbeitsbedingungen langzeitstabile Hocheffizienz-Solarzellen und -module zu erhalten. Hierfür sind gegebenenfalls Anpassungen der existierenden Anlagen für die in-dustrielle Massenfertigung hinsichtlich einer optimalen Prozessführung notwendig, wobei darauf geachtet werden muss, dass bei der Optimierung des H-Haushalts nicht parallel andere gewünschte Eigenschaften der dielektrischen Schichtsysteme negativ beeinflusst werden. Die Ergebnisse sind daher für alle laufenden und zukünftigen Zellentwicklungs-projekte für momentan in der Industrie implementierte und insbesondere für zukünftige Hocheffizienz-Solarzellkonzepte auf Si-Basis von zentraler Bedeutung. Da es sich um teilweise sehr grundlegende Fragestellungen und Experimente handelt, können diese Punkte nicht im erforderlichen Umfang in den Zellentwicklungsprojekten durchgeführt werden, obwohl sie für die weitere erfolgreiche Entwicklung der Hocheffizienz-Solarzellenkonzepte von entscheidender Bedeutung sind.
Projektlaufzeit:
Projektbeginn: 01.03.2020
Projektende: 28.02.2023
Projektleitung:
Glunz S, Kwapil W

Albert-Ludwigs-Universität Freiburg

Finanzierung:

  • 498.040,00 €, Bund

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