Das Projekt "Untersuchung zur Anwendbarkeit des Ionenclusterstrahldepositionsverfahrens fuer Duennfilm-Gassolarzellen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Battelle-Institut e.V. durchgeführt. Objective: Gas thin film solar cells have shown their potential for high efficiency above 10 per cent. They are considered for components in tandem solar cells. Problems have been found regarding deposition temperatures crystallite configuration and grain boundaries. It is the aim of the proposed work to demonstrate that a new, ion-assisted deposition process, 'ion cluster beam' deposition (ICB) can lead to significantly improved gas thin film solar cells at lower substrate temperatures than needed in the past. In ICB deposition the material, e.g. Ga and As is transported towards the substrate in the form of small clusters containing approx. 100 atoms, which are charged by electron beam and accelarated towards the substrate by an electric field. The kinetic energy of the arriving clusters, decomposing into atoms, represents a 'virtual temperature', facilitating reaction and crystallite growth. General Information: Gas deposition technologies recently have found increased interest under the aim of monolithically integrating Gas and Si technologies for electronic and optoelectronic applications. This will also influence gas thin film solar cell development efforts. The potential for achieving above 10 per cent efficiency for polycrystalline films, close to 20 per cent fro films on Si and Ge and well above 20 per cent for films on bulk gas has recently been demonstrated. It is the aim of the project to deposit gas films by means of the 'ionized cluster beam' deposition process, and to optimize them insofar, that films suited for solar cell application can be obtained at lowest possible substrate temperatures. The process has been defined so, that in the first phase Ga will be deposited by ICB and as will be coevaporated as element. The components for the process have been purchased, developed and built. After individual tests they have been installed within the vacuum vessel. Gas films have been deposited onto commercial gas wafers at temperatures of 580 C under excess as-flux at a deposition rate of 2a/s. Main parameter to be varied has been the acceleration potential for the ionized clusters. First optimisation steps have led to epitaxial films on gas having p-doping levels as low as 10e12cm-e3 and hole mobilities of up to 250CME2V-1S-1, as determined from films grown on high-resistivity wafers.
Das Projekt "QuintUMM - Entwicklung metamorpher Quintupel-Solarzellen für die CPV Anwendung mit Wirkungsgraden größer 46%" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von AZUR SPACE Solar Power GmbH durchgeführt. Der Solarzellenwirkungsgrad ist aufgrund der Kostenstruktur der Konzentratorphotovoltaik (CPV)-Systeme für die Weiterentwicklung der CPV von zentraler Bedeutung. Im Rahmen dieses Förderprojekts soll deshalb der Prototyp einer Fünffachsolarzelle (Quintupelsolarzelle) mit einem Wirkungsgrad von 46% und Weiterentwicklungspotential auf 47% entwickelt werden. Das Konzept basiert auf Epitaxiestrukturen, welche in aktuellen Projekten zu Raumfahrt-Solarzellen der nächsten Generation entwickelt werden. Die zu erwartende Materialqualität der benötigten Schichten ist weitgehend bekannt, wodurch eine sehr hohe Wahrscheinlichkeit gegeben ist, das Wirkungsgradziel innerhalb dieses Projekts zu erreichen. Die hier verwendete aufrecht metamorphe (UMM) Zellarchitektur wird wesentlich kostengünstiger als andere Solarzellenkonzepte der 46%-Klasse sein. Die Mehrkosten sind relativ zur Wirkungsgradsteigerung moderat, wie AZUR bereits durch die Produkteinführung der UMM-basierenden 3-fach Solarzelle 3C44 demonstrieren konnte. Auf Systemlevel ist somit eine signifikante Senkung der €/W-Kosten zu erwarten. Dadurch werden alle Voraussetzungen geschaffen, dass die hier zu entwickelnde metamorphe Quintupelsolarzelle zukünftig die bevorzugte Solarzelle auf dem hart umkämpften CPV-Markt darstellen und diesem neue Impulse geben wird. Das Ziel des Projektes ist die Realisierung von Solarzellprototypen mit 46% Wirkungsgrad. Weiterhin soll die Mehrleistung im Vergleich zu bestehenden CPV-Zellprodukten in der Anwendung durch Freiland-Messung an CPV Modulen verifiziert werden.
Das Projekt "Technologien fuer Solarzellen aus III-V-Verbindungshalbleitern mit hoher Leistungsdichte und hohem Wirkungsgrad" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme durchgeführt. Gegenstand des geplanten Vorhabens ist die Entwicklung von kostenguenstigen, hocheffizienten Konzentrator-Solarzellen aus III-V-Verbindungs-Halbleitern. Neben Galliumarsenid-Zellen werden Tandemkonzentratorzellen der Systeme AlGa As/Si und GaAs/GaSb prozessiert werden. Diese Zellen sollen in ein Testarray eingebaut und im Freien erprobt werden. Die GaAs und AiGaAs-Solarzellenstrukturen werden mittels Fluessigkeitsphasenepitaxie (LPE) aufwachsen, wobei hauptsaechlich das LPE-Etchback-Regrowth (LPE-ER)-Verfahren zum Einsatz kommen wird, das sich durch Einfachheit und hohe Zuverlaessigkeit auszeichnet. Die im ISE entwickelte Multiwafer-Epitaxie soll so erweitert werden, dass 50ch Flaeche pro Epitaxielauf aufwachsen werden koennen. Fuer aufwendigere Schichtstrukturen werden Schichten nach dem MOCVD-Verfahren epitaxiert werden. Dies soll in Zusammenarbeit mit der Firma ASE und den Universitaeten Stuttgart und Freiburg erfolgen. Fuer die Herstellung von GaSb-Solarzellen-Schichtstrukturen wird in Zusammenarbeit mit dem OPFFE-Institut, St. Petersburg, ein neues Verfahren auf der Basis von Gasphasendiffusion entwickelt.
Das Projekt "Teilvorhaben: Lebenszyklusanalyse opto-elektronischer Halbleitermaterialien in der Produktion und im Produkt" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von OSRAM Opto Semiconductors GmbH durchgeführt. Gesamtziel des Verbundes ist es eine geschlossene Datenbasis für Schlüsselmaterialien der Optoelektronik zu erarbeiten, um eine fundierte Klassifizierung dieser Materialien im Zuge der REACH und CLP-Verordnung bei den zuständigen EU Gremien zu erwirken. Ziele des OSRAM Teilvorhabens sind die vollständige Analyse der Stoffströme (Produktion, Produkt, Recycling) und der Freisetzungspotenziale darin von GaAs und GaN-Verbindungshalbleitern sowie darauf aufbauend ein Risikomanagement abzuleiten. Die komplette Lebenszyklus soll durch 1) quantitative Analyse des Stoffstromes durch die Fertigung (Hauptstrom) zum fertigen Halbleiterbauteil sowie der Kennzeichnung von Nebenstoffströmen aus zusätzlichen Stoffquellen (z.B. Epitaxie) bzw. Stoffsenken (z.B. Abfälle und Nebenprodukte), 2) Analyse des Freisetzungsrisikos von GaAs/GaN-Stäuben bei Schlüsselprozessen mittels Messmethoden und Biomonitoring und 3) quantitative Analyse in den Recyclingprozessen erfolgen. Osram wird die TU Berlin sowohl bei der Nutzungsanalyse von Endprodukten an durch Endproduktdefinition und -zusammensetzung sowie Definition der Nutzungsbedingungen als auch die Untersuchungen zu den Entsorgungsszenarien der Endprodukts durch die Bewertung von Rückgewinnungsverfahren von Metallen unterstützen. Am Ende wird OSRAM zusammen mit allen Partnern die Ergebnisse vergleichend bewerten und Schlussfolgerungen für Risikomanagementmaßnahmen während Fertigung, Nutzung und Recycling ableiten.
Das Projekt "Siliciumkarbid Bauelementetechnologie zur effizienten Handhabung von Ressourcen mit einer deutlich erhöhten Effizienz" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Integrierte Systeme und Bauelementetechnologie durchgeführt. SiC wird das Substratmaterial für elektronische Leistungsbauelemente der Spannungsklassen über 1 kV sein. Dies wird für eine nachhaltige Energiewende von entscheidender Bedeutung sein. Ziel des Projektes ist die Grundlagen für solche Bauelemente zu erarbeiten. Dies beinhaltet sowohl die Optimierung des Grundmaterials, als auch die Herstellungsmethoden der Bauelemente, als auch das Design der Bauelemente und deren Charakterisierung. Das ITME in Polen übernimmt die Entwicklung und Herstellung der Substrate, vor allem zukunftsweisender Epitaxieschichten aufbauend auf deren Erfahrung auf dem Gebiet des Wachstums defektarmer Schichten. Parallel dazu startet die Kwangwoon Universität in Korea mit der Modellierung und Simulation zukunftsweisenden SiC Leistungsbauelementen. In erster Linie handelt es sich um Bauelemente, die besonders hinsichtlich Epitaxieschichten, Gateoxidqualität und Ionenimplantation optimiert werden, da diese Aspekte die Schwerpunkte der Prozessentwicklung der Partner sind. Das Fraunhofer IISB startet mit der Weiterentwicklung von bereits vorhandenen Oxidations- und Implantationsschritten an kommerziell erworbenen SiC Substraten. Insbesondere bei der Implantation ist nicht nur der eigentliche Schritt der Implantation von Bedeutung, sondern auch ein nachfolgender Ausheilschritt bei Temperaturen über 1600°C, um die Defekte, die während der Implantation entstanden sind auszuheilen und die implantierten Ionen elektrisch zu aktivieren. Daraus werden, aufbauend auf den der Kwangwoon Universität erarbeiteten Design und der Simulation die Bauelemente gefertigt. Diese werden der Kwangwoon Universität übergeben, die diese Bauelemente fachgerecht aufbaut und elektrisch charakterisiert. Diese Erkenntnisse fließen dann wieder zu den Partnern für eine weitere Entwicklung der Epitaxieschichten, Oxidation und Implantation zurück.
Das Projekt "Materialforschung an halbleitenden Siliziden fuer photovoltaische Anwendungen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von ADW - Zentralinstitut für Elektronenphysik - Institut Adlershof durchgeführt. Zielsetzung: Materialforschung unter den Aspekten Verfuegbarkeit, Ungiftigkeit und Stabilitaet besitzt fuer die perspektivische Entwicklung der Photovoltaik ein gewichtiges Potential. Bei der Suche nach den neuen Materialien fuer die Photovoltaik sind die halbleitenden Verbindungen des Si mit anderen gut verfuegbaren und nichttoxischen Elementen mit direkten Energieluecken eine naheliegende Konsequenz dieser Forschungsstrategie. Unter den Verbindungen des Si mit Uebergangsmetallen der IV-VIII Gruppe des Periodischen Systems - den Siliziden - existieren Phasen mit halbleitenden, semimetallischen und halbleitenden Eigenschaften. Zu den halbleitenden Siliziden gehoeren eine Reihe Si-reicher Verbindungen mit Uebergangsmetallen der VII und VIII Gruppe. Fuer photovoltaische Anwendungen sind im wesentlichen die halbleitenden Silizide mit 3d-Uebergangsmetallen von Bedeutung, (Si-reiche Silizide im System Cr-Si, Fe-Si und Mn-Si), die direkte Energieluecken zwischen 0,8 und 1,0 eV haben. Ein wesentliches Problem bei den halbleitenden Siliziden ist die Optimierung der elektrischen Eigenschaften. Entscheidende Fortschritte werden mit einer verbesserten Materialqualitaet erwartet. Als Praeparationskonzept wird dem Projekt deshalb das Koverdampfen zugrundegelegt mit den folgenden zu erwartenden Vorteilen: a) Vermeidung von Phasenwachstum ueber Phasensequenzen, b) Reduktion des stoerenden Einflusses von Kontaminationen, c) Reduktion der Reaktionstemperatur und -zeit, d) gezielte Variation der Stoechiometrie, e) epitaktisches Wachstum auf Si (111) und Si (100), f) gezielte und homogene Dotierbarkeit, g) morphologisch ebene Grenzflaechen.
Das Projekt "Teilvorhaben: Entwicklung von Hochdurchsatz inline-Anlagen für anodisch geätzte poröse Siliziumschichten" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Singulus Technologies AG - Niederlassung Fürstenfeldbruck durchgeführt. Ein wesentlicher Teilschritt der neuartigen EpiWafer-Technologie ist die Porosizierung eines Silizium-Saatwafers mittels elektrochemischen Ätzens zur Erzeugung einer Ablöseschicht. Das Vorhaben behandelt schwerpunktmäßig die Entwicklung und Konstruktion einer Inline-Produktionsanlage für die anodische Porosizierung von Silizium mit einem Durchsatz von größer als 6000 Wafern/Stunde. Damit ist es möglich, die EpiWafer-Technologie in die industrielle Anwendung zu überführen.
Das Projekt "Herstellung kristalliner Silicium-Dünnschicht-Solarzellen auf biologisch abgeleiteten Substraten - HELIOS" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Bayerisches Zentrum für Angewandte Energieforschung e.V. durchgeführt. Aus dünnem kristallinem Silicium auf Fremdsubstrat gefertigte Solarmodule sind aufgrund ihres hohen Einsparpotenzials und ihres potenziell hohen Wirkungsgrads ein vielversprechender Baustein für eine kostengünstige Photovoltaik der nächsten Generation. Hemmnisse für die industrielle Herstellung stellen derzeit noch die Versorgung mit geeigneten, kostengünstigen keramischen Trägersubstraten sowie der Nachweis hoher Wirkungsgrade auf großen Flächen dar. In diesem Projekt werden kristalline Siliciumdünnschichtsolarzellen auf Basis von neuartigen, kostengünstigen biogenen Keramiken entwickelt. Ziel ist es, die Substrate, die Funktionsschichten und die Zellprozesse zu optimieren und hohe Zellwirkungsgrade auf großen Flächen nachzuweisen.
Das Projekt "Teilprojekt: Epitaktische Heterostrukturen (InspirA)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Friedrich-Schiller-Universität Jena, Institut für Festkörperphysik durchgeführt. Das Ziel des Verbundprojektes InspirA ist es, aus der Biologie bekannte Wege der molekularen Strukturbildung auf organische Solarzellen zu übertragen. Damit soll erreicht werden, den Wirkungsgrad organischer Solarzellen um weitere 0,5 bis 1% zu erhöhen und somit die weltweit führende technologische Rolle der von Heliatek produzierten organischen Solarzellen weiter auszubauen. Alle Entwicklungen erfolgen unter dem Gesichtspunkt der späteren Skalierbarkeit auf Produktionsprozesse. Die Erforschung und Entwicklung neuer, skalierbarer Materialien wird durch die KMUs im Netzwerk unterstützt. Die Kooperation mit den akademischen Netzwerkpartnern erlaubt ein tiefgehendes analytisches Verständnis der Struktur-Wirkungs-Beziehungen.
Das Projekt "Charakterisierung von Getter- und Epitaxieverfahren an Solarzellen-Silizium unterschiedlicher Materialguete" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme durchgeführt. Die drei Zielsetzungen des Vorhabens sind: 1.) Entwicklung einer epitaxierten Solarzelle unter Verwendung von Substraten verschiedener Qualitaeten von 'solar grade' Silizium. Dazu muessen angepasste Gettertechnologien erarbeitet werden. 2.) Entwicklung einer doppelseitigen Epitaxiezelle, die bei spezieller optischer Anordnung von beiden Seiten beleuchtet werden kann. Auch hier kann als Substrat sehr unreines und somit billiges Material Verwendung finden. 3.) Die Erarbeitung von Duennschicht-Solarzellen mit einem rueckseitigen optischen Reflektor; nach diesem Konzept sind erhebliche Materialeinsparungen und hohe Zellenwirkungsgrade erreichbar.
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