Das Projekt "Koranet - Joint Call on Green Technologies Design von ZnO-basierten Nanomaterialien für Solarzellen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Bremen, Bremen Center for Computational Materials Science durchgeführt. Die Sonne ist die Hauptquelle der Energie-und Photovoltaik-Solarzellen ermöglichen es uns, Sonnenlicht direkt in Strom umwandeln. Das Ziel dieses Projektes ist es, die physikalischen Mechanismen der Materialien für Solarzellen mit der Hilfe von quantenmechanischen Berechnungen zu verstehen und neue Solar-Materialien durch Experimente zu synthetisieren und zu charakterisieren. Dieses Projekt zielt darauf ab, die Umwandlungseffizienz von Solarzellen durch Zn (S,O)-Schichten zu erhöhen. In den ZnO-Tandem-Strukturen, kann die kontinuierliche Variation der Bandlücke erreicht werden, so dass Hochenergiephotonen (z.B. blaues Licht) genutzten werden können. Die Uppsala-Gruppe wird Dichtefunktionaltheorie und GW Berechnungen durchzuführen, um die elektronische Struktur von ZnO-Tandem-Solarzellen zu bestimmen. BCCMS wird effiziente Tight-Binding-Methoden anwenden, die die Rechnungen einer größeren Anzahl von Atomen ermöglichen, um als Input für die komplexeren Berechnungen in Uppsala zu dienen. Dongguk Universität wird Legierungen von ZnO und anderen II-VI-Materialien wie Zinksulfid wachsen und charakterisieren, um Solarzellen mit verbesserter Leistung herzustellen.
Das Projekt "radar Cellmaterial" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von International Solar Energy Research Center Konstanz e.V. durchgeführt. Der elektrische Widerstand der Metall-Halbleiter-Grenzfläche und die Ladungsträger- Rekombination an der Passivierungsschicht/Halbleiter-Grenzfläche sind zwei wichtige Punkte zur der Verbesserung der heutigen Solarzellenwirkungsgrade. Diese Prozesse sind von quantenmechanischer Natur. Bisher basierten die meisten Studien und Bestrebungen die Eigenschaften von Solarzellen zu verbessern auf phänomenologischen und makroskopischen Materialeigenschaftsmessungen. Ein Hauptgrund dafür sind die großen Herausforderungen die an die theoretische Modellierung gestellt werden, die die Verwendung von anspruchsvollen Methoden basierend auf Grundprinzipien benötigt. Das Ziel von HiperSol ist es eine multi-skala Modellierungsumgebung zu entwickeln, die auf reelle Materialeigenschaften mit Längenskalen anwendbar ist, die mit ab-initio Modellierung nicht erreichbar sind. Danach soll diese Umgebung verwendet werden um wichtige Parameter und Eigenschaften von Kontakt- und Passivierungsschichtengrenzflächen mit Silizium treffend zu beschreiben und Voraussagen zu machen, um die nötigen Durchbrüche in der Solarzellenherstellung zu erreichen und so deren Kosten/Effizienz-Verhältnis beträchtlich zu senken. Das ISC koordiniert das Arbeitspaket zur experimentellen Erforschung der Kontaktformierung von Metallpasten auf Siliziumoberflächen um i) den Kontaktformierungsprozess und ii) den Stromtransport vom Halbleiter in den Metallkontakt besser zu verstehen. Zuerst wird vorn ISC experimenteller Input für die Modellierung der Kontaktgrenzfläche durch unsere modellierenden Projektpartner generiert. Danach wird diese Modellierungsumgebung angewandt um verbesserte Kontaktschemata durch die Formulierung neuer Strukturen und Materialen zu entwerfen. Bis jetzt wurden vom ISC hergestellte Proben von Solarzellenkontakten mit den nötigen Techniken charakterisiert um ein gutes Verständnis der atomistischen Struktur und Morphologie dieser Grenzfläche zu erlangen. Gegenwärtig wird der Stromtransportmechanismus vom Halbleiter in den Metallkontakt mit Hilfe spezieller Testproben untersucht, und seine Abhängigkeit von den geometrischen und elektrischen Halbleiteroberflächeneigenschaften wird erforscht.
Das Projekt "Teilantrag: Bandstrukturdesign für Silizium-basierte Dünnschichtmaterialien mittels parameterfreier Elektronenstrukturberechnungen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Jena, Institut für Festkörpertheorie und -optik durchgeführt. Ziel des beantragten Verbundprojektes SINOVA ist die Entwicklung und Nutzung siliziumbasierter, nanostrukturierter Dünnschichtmaterialien als innovative funktionelle Elemente für hocheffiziente Solarzellen der nächsten Generation. Das Jenaer Teilprojekt ist auf die theoretische Untersuchung und Vorhersage der Eigenschaften von Nanostrukturen und Grenzflächen, die in diesen Materialien vorkommen, gerichtet. Fragestellungen sind beispielsweise, ob die photogenerierten Ladungsträger über den Tunneleffekt aus den Nanostrukturen ausgekoppelt werden und damit zur Ladungsträgertrennung bzw. dem Photostrom beitragen können. Es werden parameterfreie Rechnungen für die neuen Materialien und Strukturen durchgeführt. Sie basieren i.w. auf Untersuchungen der vielen Elektronen und Rümpfe im System, also einer vollquantenmechanischen Behandlung eines Vielatomsystems mit vielen Freiheitsgraden, im Rahmen der Dichtefunktionaltheorie. Sie werden ergänzt durch die Untersuchungen der optischen Anregungen und der einzelnen Elektronen und Löcher. Die Untersuchungen basieren auf dem Vielteilchen-Know-How, das wir in den letzten Jahren in Jena entwickelt haben. Das theoretisch-rechentechnische Niveau und die Ansprüche an die Codes und ihre Weiterentwicklung sind so hoch, dass ein Postdoc, also ein erfahrener Wissenschaftler, die Arbeiten durchführen muss. Unsere Aktivitäten sind gerichtet auf die Entwicklung neuer Materialien und Strukturen und deren Einsatz in neuartigen photovoltaischen Bauelementen. Ein solches Thema kann nur in Kooperation bearbeitet werden. Für uns als Theorie- bzw. Computerphysik-Gruppe sind die Arbeiten thematisch und vom Umfang her viel zu risikoreich, als dass wir diese aus unseren laufenden Landesmitteln finanzieren könnten. Hierzu sind dringend Verstärkungen durch einen Drittmittelgeber erforderlich. Umfang, Resourcenbedarf, Rechentechnikanforderungen gehen weit über das hinaus, was wir sonst verkraften können.
Das Projekt "Globale Simulation einfacher Fluide" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Köln, Fachgruppe Chemie, Institut für Physikalische Chemie durchgeführt. Es geht bei diesem Projekt um eine Methode zur Vorausberechnung makroskopischer, insbesondere thermodynamischer Daten von Flüssigkeiten oder komprimierten Gasen ohne Verwendung experimenteller Daten, d.h. nur aus quantenmechanischen Rechnungen, gefolgt von Computersimulationen. Der Rechenaufwand ist sehr hoch, aber wegen der Fortschritte der Computertechnologie inzwischen realisierbar. Zu den Teilproblemen des Projekts zählen u.a. die Berücksichtigung von Dreikörper-Potentialen und thermodynamischen Quanteneffekten, die Konstruktion optimaler intermolekularer Potentiale sowie die Simulation molekularer Fluide, bei denen als Komplikation langreichweitige oder nichtlokale Wechselwirkungen oder Deformationen auftreten können. Erste Untersuchungen (Dampfdruckkurven, Flüssigkeitsdichten und kalorische Daten von Neon, Argon, Krypton und Stickstoff) ergaben Vorhersagegenauigkeiten, die an die Größenordnung der experimentellen Unsicherheit heranreichen. Inzwischen wurden auch Hochdruck-Siedegleichgewichte von Edelgasmischungen 'ab initio' berechnet. Die Globale Simulation könnte eine Alternative oder zumindest eine Ergänzung zum Experiment darstellen, wenn die Messungen sehr aufwendig oder riskant sind, also z.B. bei toxischen, korrosiven, explosiven oder instabilen chemischen Verbindungen.
Das Projekt "Hochauflösende elektronenmikroskopische Analytik an siliciumbasierten Dünnschichtmaterialien für Solarzellen der nächsten Generation" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Halle-Wittenberg, Interdisziplinäres Zentrum für Materialwissenschaften durchgeführt. Im Rahmen dieses Projekts sollen geeignete Verfahren der hochauflösenden analytischen Elektronenmikroskopie auf siliciumbasierte Materialkombinationen angewandt werden, die in Solarzellen der dritten Generation umgesetzt werden sollen. Damit kann auf der Basis der Anwendung von Elektronenmikroskopen der neuesten Generation eine direkte Korrelation zwischen Struktur und den Eigenschaften von neuartigen Solarzellenmaterialien hergestellt werden. Innerhalb unseres Themas geht es um die elektronenmikroskopische Analytik von Silicium-Siliciumoxid-Mehrfachschichtstrukturen mit eingelagerten Silicium-Quantenpunkten für Solarzellen der dritten Generation. Der Fokus liegt auf der hochauflösenden Elektronenenergieverlustspektroskopie (EELS), die als einzige experimentelle Methode eine chemische Analyse im Nanometerbereich ermöglicht. Die Herausforderung des Projekts besteht in der elektronenmikroskopischen Analytik mit höchster lokaler und energetischer Auflösung. Dazu müssen Präparationstechniken weiterentwickelt und neue Messroutinen aufgestellt werden. Die Ergebnisse sind mit geeigneten quantenmechanischen Modellen zu analysieren. Die Elektronenenergieverlustspektroskopie wird benutzt, um neuartige Solarzellenmaterialien von ihrer nanoskopischen Struktur und Chemie zu charakterisieren. Dies umfasst die Diagnose an eingebetteten Si-Nanostrukturen in einer Siliciumoxidmatrix, Untersuchungen von Kontaktmaterialien bestehend aus Nanokristallen und einer SiO2-Matrix und die Charakterisierung von Silicium-Nanodot-Emitter-Heterosolarzellen. Bei den Forschungsarbeiten geht es um Schlüsselfragen zur entscheidenden Verbesserung der Dünnschichtsolarzellen-Technologie, wobei Ansätze für völlig neuartige Dünnschichtsolarzellen aufgezeigt werden sollen. Die Ergebnisse des Projekts werden in der Fachliteratur veröffentlicht und fließen unmittelbar in die Entscheidungsknoten der Partner im Verbundprojekt ein. Langfristig wird mit der Realisierung von neuartigen Solarzellen gerechnet.