Das Projekt "Teilprojekt 3: Der Einfluß von Kristalldefekten und Zellstrukturen auf die Dunkel-Kennlinien" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Max-Planck-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften, Max-Planck-Institut für Mikrostrukturphysik durchgeführt. Das Hauptthema dieses Teilprojekts ist eine Vertiefung des Verständnisses des Einflusses der lokalen Strom-Spannungs-Dunkelkennlinie auf die globale Hellkennlinie und damit auf den Wirkungsgrad der Zelle. Bei den bisherigen lokalen Untersuchungen der Dunkelkennlinie standen Inhomogenitäten des Raumladungs-Rekombinationsstromes im Vordergrund, der durch die Größe J02 charakterisiert ist. Es hatte sich dabei herausgestellt, dass rekombinationsaktive Korngrenzen diesen Stromanteil nur unwesentlich erhöhen, wohl aber den sogenannten Diffusionsstrom, der durch J01 charakterisiert ist. Im jetzigen Projekt soll der Schwerpunkt deshalb auf den Diffusionsstrom gelegt werden, der vor allem die Leerlaufspannung der Zellen beeinflußt. Es geht also vor allem um die Beantwortung der Frage: In welchem Maße erhöht z.B. eine Korngrenze mit einer bestimmten Rekombinationsstärke den Diffusionsstrom? Dieses Projekt teilt sich in zwei Arbeitsschwerpunkte, in (1) die Untersuchung und Charakterisierung von Kristalldefekten mittels TEM und mikroanalytischen Methoden, und (2) die lokale Analyse der Dunkelkennlinie von Solarzellen mittels Lock-in-Thermographie und verwandte Methoden. Während Schwerpunkt (1) bereits an den zu erstellenden Ausgangsmaterialien angewandt wird, kann Schwerpunkt (2) erst dann bearbeitet werden, wenn entsprechende Testzellen vorliegen. Genauere Angaben der Arbeitsplanung finden sich im Arbeitsplan.
Das Projekt "Teilprojekt 1: Defekteintrag, -verteilung und -wirkung auf die elektrischen Eigenschaften von mono- und multikristallinem Silizium und Solarzellen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Bergakademie Freiberg, Institut für Experimentelle Physik durchgeführt. Im Projekt werden zwei Ziele verfolgt. Im ersten Teil die Wechselwirkung der Siliziumschmelze mit seiner Umgebung -Tiegel und Gasatmosphäre. Diese Wechselwirkungsprozesse sollen modellmäßig erfasst, quantitativ beschrieben und dann in ein FEM Programm implementiert werden, mit dem die Stoff- und Transportprozesse in der Schmelze und bei der Kristallisation gerechnet werden können. Damit soll der Einbau von Sauerstoff, Kohlenstoff, Stickstoff bestimmt werden. Im zweiten Teil werden die gezüchteten Kristalle hinsichtlich ihrer Defektstruktur charakterisiert. Der Schwerpunkt liegt auf der Verteilung der genannten Fremdatome und deren Auswirkungen auf die elektrischen und optischen Eigenschaften. Weiterhin wird die Entstehung, Verteilung und Kontamination von Versetzungen untersucht. Insgesamt soll festgestellt werden, inwieweit die Defekte das Wirkungspotential der Solarzellen limitieren. Dazu werden auch Messungen an den standard-prozessierten Solarzellen durchgeführt und analysiert. Die Rechnungen werden mit bereits vorhandenen FEM Programmen durchgeführt. In diese werden die Wechselwirkungsmodelle implementiert. Es handelt sich dabei um 2d- und 3d-Modelle, mit denen man Strömung und Stofftransport berechnen kann. Die Bestimmung der Fremdatomverteilung im Kristall erfolgt durch FTIR und Lebensdauermessungen. Bei letzterem sollen das QSSPC-Verfahren und SPV-Verfahren eingesetzt werden. Versetzungen werden durch automatisierte Mikrosopbildanalyse bestimmt.
Das Projekt "Teilprojekt 8: Elektrische und optische Charakterisierung von Defekten und Verunreinigungen als Basis einer Abschätzung des maximalen Wirkungsgrades multikristalliner Solarzellen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Erlangen-Nürnberg, Institut für Physik der Kondensierten Materie, Lehrstuhl für Angewandte Physik durchgeführt. Ziel des Forschungsclusters SolarWinS ist die Abschätzung des maximalen Wirkungsgrades multikristalliner Solarzellen von morgen sowie die Erarbeitung eines Verständnisses der leistungslimitierenden Faktoren entlang der gesamten Prozesskette auf vorwettbewerblicher Ebene. Es werden im ersten Arbeitsschwerpunkt die Grundlagen zur Wechselwirkung zwischen Kristallisation und Umgebung in einer definierten Laboranordnung untersucht. Basierend darauf werden im zweiten Arbeitsschwerpunkt hochreine multikristalline Silicium-Blöcke hergestellt und untersucht. Mit diesem Material werden im Arbeitsschwerpunkt 3 Solarzellen gefertigt und charakterisiert. Ziel des Teilprojektes 8 ist der hochempfindliche elektrische und optische Nachweis der noch verbliebenen Defekte und Defektkomplexe in den im Cluster hergestellten hochreinen Si-Kristallen und Solarzellen. Dadurch soll die Wechselwirkung zwischen Tiegel und Kristallschmelze aufgeklärt werden und Aussagen über die Limitierung der Ladungsträgerlebensdauer durch elektrisch aktive Defekte gewonnen werden. Die Ergebnisse dienen als Basis für Simulationen und die Abschätzung des maximalen Wirkungsgrades multikristalliner Solarzellen. Das Teilprojekt 8 ist im Rahmen der Arbeitsschwerpunkte 1 bis 3 an den Teilaufgaben TA 1. 3, TA 1. 6, TA 2. 3, TA 2. 4, TA 2. 5, TA 2. 6, TA 3. 3, TA 3. 4, TA 3. 5 und TA 3. 6 beteiligt. Die Teilaufgaben sind mit den Projektpartnern abgestimmt, der zeitliche Ablauf und die Meilensteine sind im Balkenplan dargelegt.
Das Projekt "Teilprojekt 4: Einfluss nichtdotierender Verunreinigungen auf die elektrische Aktivität von Kristalldefekten" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Cottbus-Senftenberg, IHP,BTU Joint Lab durchgeführt. Ziel dieses Teilprojektes ist es, durch die Erarbeitung neuer Erkenntnisse über die Wirkung von Kristalldefekten und Verunreinigungen in hochreinem multikristallinen Solar-Silizium Grundlagen für Solarzellen mit verbessertem Wirkungsgrad zu schaffen. Die Arbeiten innerhalb dieses Teilprojektes ordnen sich in den von allen Partnern des Projektverbundes abgestimmten Gesamtarbeitsplan ein. Die Arbeiten erfolgen arbeitsteilig mit den Forschungspartnern des Verbundes. Durch regelmäßig stattfindende Treffen der Projektpartner wird der Arbeitsstand bewertet und Arbeitsplanung angepasst. Die an der BTU geplanten Arbeiten betreffen vorrangig Arbeitsschwerpunkt 2 des Verbundprojektes. Schwerpunkt sind dabei Einsatz räumlich auflösender Diagnoseverfahren für elektrische Eigenschaften und Struktur sowie hochempfindliche Charakterisierung der hergestellten Kristalle bezüglich Sauerstoff, Kohlenstoff und Stickstoff.
Das Projekt "SolarWinS: Solar- Forschungscluster zur Ermittlung des maximalen Wirkungsgradniveaus von multikristallinem Silicium" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme durchgeführt. Dieses Vorhaben hat zum Ziel, einen Modellaufbau zu entwickeln und zu betreiben, um darin grundlegende thermodynamische und kinetische Daten über die während der Kristallisation von multikristallinem Silicium ablaufenden Wachstums- und Transportphänomene zu gewinnen. Des Weiteren werden multikristalline Blöcke aus hochreinem Ausgangsmaterial und unter hochreinen Kristallisationsbedingungen hergestellt. Aus defektfreien Waferbereichen werden Hocheffizienzsolarzellen hergestellt und charakterisiert, die die noch leistungslimitierenden Faktoren für multikristalline Si-Wafer aufzeigen, welche im heutigen Standard-Si durch Defekte überdeckt sind. Dieses Vorhaben umfasst die TPs 7 und 9 und bearbeitet alle drei Schwerpunkte. Es erfolgen nach Entwicklung des Modellaufbaus systematische Versuche, in denen die Wechselwirkung zwischen Si, Tiegel und Gasatmosphäre untersucht wird. Gemessene Daten fließen in Simulationen von Transportprozessen ein. Multikristalline Blöcke werden mittels gerichteter Erstarrung unter hochreinen Bedingungen hergestellt. Dazu werden sowohl Kontamination durch Tiegel und -beschichtung als auch über die Atmosphäre kontrolliert und reduziert. In einem Hocheffizienz-Laborprozess werden Solarzellen hergestellt, deren Limitierungen untersucht und durch Prozessvariationen reduziert. Das Verhalten des Materials während der Prozessierung sowie der Einfluss der Materialqualität auf die Zellparameter werden im Detail untersucht, in Simulationen abgebildet und optimiert.
Das Projekt "Teilprojekt 6: Herstellung und Analyse von Solarzellen aus hochreinem kristallinem Silicium" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Konstanz, Fachbereich für Physik durchgeführt. Grundlegendes Ziel des vorliegenden Vorhabens ist die Abschätzung des maximalen Wirkungsgrades multikristalliner Solarzellen von morgen, sowie die Erarbeitung eines Verständnisses der leistungslimitierenden Faktoren entlang der gesamten Prozesskette auf vorwettbewerblicher Ebene. Dieses Ziel vor Augen, sollen anhand von Experimenten im Labor und Technikumsmaßstab die Einflussgrößen auf die Defektentstehung und ihre Wechselwirkungen während des Herstellungs- und Verarbeitungsprozesses von multikristallinem Silicium ermittelt und modellmäßig beschrieben werden. Das gewonnene Verständnis soll- ebenfalls im Labor- und Technikumsmaßstab - als Grundlage für die multikristalline Blockherstellung sowohl aus hochreinem Ausgangsmaterial als auch unter hochreinen Kristallisationsbedingungen dienen, welche zu äußerst defektarmen Silicium-Wafern führen, wie es im industriellen Maßstab derzeit nicht möglich ist. Aus ausgewählten, möglichst defektfreien Waferbereichen sollen Hocheffizienzsolarzellen hergestellt werden, die die noch leistungslimitierenden Faktoren für multikristalline Si- Wafer aufzeigen (etwa durch verbleibende Kristalldefekte), welche im heute standardmäßig hergestellten Silicium durch zahlreiche Defekte (im Besonderen durch rekombinationsaktive Verunreinigungen) überdeckt sind. Der Arbeitsplan und die Planung der Teilpakete und Meilensteine wird für das Teilprojekt 6 des Verbundprojektes ausführlich in der gleichzeitig eingereichten Anlage beschrieben.
Das Projekt "Teilvorhaben: Defekte in kristallinem Silizium - Praezipitation an Defekten" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Max-Planck-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften, Max-Planck-Institut für Mikrostrukturphysik durchgeführt. Im Rahmen eines Gemeinschaftsvorhabens 'Defekte in multikristallinem Silicium', soll der Einfluss von Defekten in Silicium mehrerer Hersteller und der Einfluss verschiedener Solarzellen-Technologien auf die elektrischen Eigenschaften von Solarzellen untersucht werden. An diesem Vorhaben sind weitere 7 Forschungseinrichtungen beteiligt. Mehrere Industriepartner sind assoziiert. Im Rahmen dieses Projektes soll der Einfluss der Praezipitation von Verunreinigungen (insbesondere Sauerstoff) an eingewachsenen Kristalldefekten untersucht werden. Dabei sollen folgende Aufgaben geloest werden: - Tem-Untersuchungen von Ausscheidungen - In Situ-Untersuchung von Versetzungen - Untersuchung der elektronischen Wirksamkeit von Ausscheidungen auf I-V-Kennlinien - Vergleich verschiedener Materialien und Technologien.
Das Projekt "Teilvorhaben: Defekte in kristallinem Silizium - Nachweis, Verteilung und gezielte Umverteilung von Fremdatomen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Göttingen, Physikalisches Institut IV durchgeführt. Im Rahmen eines Gemeinschaftsvorhabens 'Defekte in kristallinem Silizium' soll der Einfluss von Defekten in Silizium mehrerer Hersteller und der Einfluss verschiedener Solarzellentechnologien auf die elektrischen Eigenschaften der Solarzellen untersucht werden. An diesem Vorhaben sind sieben weitere Forschungseinrichtungen beteiligt. Mehrere Industriepartner sind assoziiert. Das IV. Physikalische Institut der Universitaet Goettingen soll die Identitaet und die raeumliche Verteilung von Fremdatomen und ihren Ausscheidungen sowie deren elektrische Eigenschaften untersuchen und mit den Diffussionslaengen der Minoritaetsladungstraeger korrelieren. Ferner sollen verschiedene Getterverfahren entwickelt und eingesetzt werden, um eine gezielte Umverteilung der Verunreinigungen aus den Bereichen der Proben, die die Funktion der Solarzellen beeinflussen, in solche Bereiche, die keinen Einfluss haben, zu erreichen.
Das Projekt "Teilvorhaben: Defekte in kristallinem Silizium in homogener Defektverteilung auf die Solarzellenparameter" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Hamburg-Harburg, Forschungsschwerpunkt 02, Arbeitsbereich Halbleitertechnologie durchgeführt. Im Rahmen des Gemeinschaftsvorhabens 'Defekte in multikristallinem Silicium' soll der Einfluss von Defekten in Silicium mehrerer Hersteller und verschiedener Solarzellen-Technologien auf die elektrischen Eigenschaften der Solarzellen untersucht werden. An diesem Vorhaben sind weitere 7 Forschungseinrichtungen beteiligt. Mehrere Industriepartner sind assoziiert. Das Institut fuer Halbleitertechnologie uebernimmt in diesem Vorhaben folgende Aufgaben: - Experimentelle Untersuchung der Versetzungsentstehung in multikristallinem Silicium und Vergleich mit numerischer Simulation der Spannungsverteilung, - Untersuchung des Verhaltens von Kohlenstoff- und Sauerstoffausscheidungen nach Temperung durch TEM, Widerstandsmessungen und DLTS, - Untersuchung der Wechselwirkung von 3d-Metallen mit Korngrenzen durch TEM, - Kennlinienmessungen an Solarzellen und numerische Simulation des Einflusses inhomogener Defektverteilung auf Solarzellenparameter.
Das Projekt "Teilvorhaben: Defekte in kristallinem Silizium - ortsaufgeloeste Untersuchungen von Korngrenzen und Versetzungen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Köln, II. Physikalisches Institut durchgeführt. Im Rahmen eines Gemeinschaftsvorhabens 'Defekte in multikristallinem Silicium' soll der Einfluss von Defekten in Silicium mehrerer Hersteller und der Einfluss verschiedener Solarzellen-Technologien auf die elektrischen Eigenschaften der Solarzellen untersucht werden. An diesem Vorhaben sind sieben weitere Forschungseinrichtungen beteiligt. Mehrere Industriepartner sind assoziiert. Das II. physikalische Institut der Universitaet Koeln uebernimmt in diesem Vorhaben folgende Aufgaben: Durchfuehrung von Untersuchungen - der raeumlichen Verteilung von Versetzungen (Aetzen, TEM), - von Ausscheidungen an Versetzungen und Korngrenzen (TEM), - der Defektanreicherung an Korngrenzen und ihrer Wirkung auf die lokale Ladungstraeger-Rekombination (Korngrenzen-EBIC, Photoleitwertspektroskopie), - des Einflusses des Phosphors an Korngrenzen und im Bulk auf die Solarzellenparameter und die Korngrenzen-Eigenschaften mittels EBIC und ESR, - der elektrischen Aktivitaet von Versetzungen im korninneren in verschiedenen Ausgangsmaterialien und in prozessierten Solarzellen (EBIC).
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