Das Projekt "Defektfreie Präparation und Charakterisierung von III-V-Filmen auf Si(100)-Substraten" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Ilmenau, Institut für Mikro- und Nanotechnologien MacroNano, Fachgebiet Photovoltaik durchgeführt. III-V Mehrfachsolarzellen erreichen bei weitem die höchsten Umwandlungseffizienzen von Sonnenlicht in elektrischen Strom von bis zu 38 %. Der Einsatz der III-V Halbleiter in photovoltaischen Flachmodulen schien bisher aufgrund hoher Herstellungs- und Substratkosten als höchst komplex und daher schwierig. Die Verbundpartner am Fraunhofer ISE, der TU Ilmenau und der Universität Marburg konnten aber kürzlich zeigen, dass sich III-V Verbindungen mit hoher Qualität auch direkt auf Silicium abscheiden lassen. Nur wenige Mikrometer an III-V Halbleitermaterial reichen dabei aus, um Mehrfachsolarzellen mit Wirkungsgraden von über 30 Prozent auf Si zu realisieren. Die Kombination etablierter Silicium Solartechnologie mit den Vorteilen der III-V Halbleiter, eröffnet neue Optionen für höchsteffiziente Solarzellen und steht im Mittelpunkt des Projekts MehrSi. Durch eine Reduktion von Defektdichten und durch optimierte Solarzellenstrukturen sollen erstmals direkt auf Si gewachsene GaInP/GaAs(P) Mehrfachsolarzellen mit größer als 30 Prozent Effizienz demonstriert werden. Neben grundlegender Material- und Bauelemententwicklung in den Forschungsgruppen werden Produktionsaspekte von Anfang an berücksichtigt. Der MOVPE Anlagenhersteller Aixtron SE bringt seine langjährige Erfahrung aus der LED Fertigung ein und wird Konzepte für großflächige und kostengünstige III-V Epitaxieprozesse erarbeiten. Das Fraunhofer ISE und die Firma Aixtron SE gewährleisten eine Verwertung der Projektergebnisse im Maschinenbau sowie in der PV Industrie in Deutschland. Um die Ziele des Forschungsprojektes im Verbundprojekt zu erreichen, werden die Aufgaben in vier Arbeitspakete (AP) gegliedert: AP1: Nukleation auf Silicium, AP2: Metamorphe Pufferschichten auf Silicium, AP3: III-V Mehrfachsolarzellen auf Silicium, AP4: Wirtschaftlichkeitsbetrachtung und Hochdurchsatz MOVPE.
Das Projekt "Einfach-, Tandem- und Mehrfachsolarzellen aus III-V-Verbindungshalbleitern für Wirkungsgrade über 30 Prozent - 30 Plus" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme durchgeführt. In diesem Projekt wurden Solarzellen und PV Systeme mit hohen Wirkungsgraden auf der Basis von III-V-Halbleitern entwickelt. Das Arbeitsprogramm umfasste sowohl Arbeiten im Bereich der Materialherstellung, der Solarzellentechnologie der Modul- und Konzentratorsystementwicklung als auch Entwicklungen zur Computersimulation von Zellen und zur Charakterisierung von Zellen und Modulen. Wichtige Ergebnisse des Projektes waren: - Die Laborausstattung wurde so erweitert, dass mit der MOVPE-Anlage neuartige Schichtsysteme in industriekompatiblem Umfang entwickelt werden können. - Für die Computersimulation und die Charakterisierung von Einfach-, Tandem- und Mehrfachzellen wurden neue Verfahren erarbeitet. - Innovative Konzepte auf der Basis von fehlangepassten (metamorphen) Epitaxie-Schichtsystemen ermöglichten die Herstellung von Tandem-Konzentratorsolarzellen mit Rekordwirkungsgraden. So erreichten Tandemzellen aus GaInP/GalnAs bei Konzentrationen x = 500-1000 Wirkungsgrade größer als 31 Prozent. Eine Tripelzelle aus GaInP/GaInAs gestapelt auf einer GaSb-Zelle erreichte mit 33.5 Prozent bei x = 300 einen der höchsten Werte für Solarzellen überhaupt. - Außer auf GaAs-Substrat wurden auch Zellen auf Ge- und auf GaSb-Substrat mit hohen Wirkungsgraden entwickelt. - Es wurde ein wetterfest versiegeltes Konzentratormodul aus Glas mit Fresnellinsenfolien für Solarzellen unter hoher Konzentration entwickelt (FLATCON TM-Modul). Im Freilandtest wurden mit Tandemzellen bei x=500 Modul-Wirkungsgrade von 22 Prozent bis etwa 25 Prozent gemessen. - Es wurden Tracker für zweiachsige Nachführung entwickelt, auf denen Langzeittests von Konzentratormodulen vollautomatisch durchgeführt werden können. Die Nachführgenauigkeit ist kleiner 0.1 Grad. Die Fläche der Tracker betragen 10 m2 bzw. 30 m2.
Das Projekt "Epitaxie, Prozessierung und Charakterisierung von III-V Mehrfachsolarzellen auf Silicium" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme durchgeführt. III-V Mehrfachsolarzellen erreichen bei weitem die höchsten Umwandlungseffizienzen von Sonnenlicht in elektrischen Strom von bis zu 38 %. Der Einsatz der III-V Halbleiter in photovoltaischen Flachmodulen schien bisher aufgrund hoher Herstellungs- und Substratkosten als unrealistisch. Die Verbundpartner am Fraunhofer ISE, der TU Ilmenau und der Univ. Marburg konnten aber kürzlich zeigen, dass sich III-V Verbindungen mit hoher Qualität auch direkt auf Silicium abscheiden lassen. Nur wenige Mikrometer an III-V Halbleitermaterial reichen dabei aus, um Mehrfachsolarzellen mit Wirkungsgraden von über 30 % auf Si zu realisieren. Die Kombination etablierter Silicium Solartechnologie mit den Vorteilen der III-V Halbleiter, eröffnet neue Optionen für höchsteffiziente Solarzellen und steht im Mittelpunkt des Projekts MehrSi. Durch eine Reduktion von Defektdichten und durch optimierte Solarzellenstrukturen sollen erstmals direkt auf Si gewachsene GaInP/GaAs(P) Mehrfachsolarzellen mit größer als 30 % Effizienz demonstriert werden. Neben grundlegender Material- und Bauelemententwicklung in den Forschungsgruppen werden Produktionsaspekte von Anfang an berücksichtigt. Der MOVPE Anlagenhersteller Aixtron SE bringt seine langjährige Erfahrung aus der LED Fertigung ein und wird Konzepte für großflächige und kostengünstige III-V Epitaxieprozesse erarbeiten.