Das Projekt "Wachstum und integrale Eigenschaften koaxialer Nanodrahtsolarzellen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Duisburg-Essen, Abteilung Elektrotechnik und Informationstechnik durchgeführt. Es werden koaxiale Quantentopf(QW) Kern-Mantel p-i-n Nanodrähte hergestellt und auf Solarzelleneigenschaften untersucht. Durch eine große Oberflächen bieten Nanodrähte den Vorteil einer hohen Lichtabsorption bei gleichzeitig kurzen Ladungsträgertransportwegen. Mittels QW-strukturen soll die SQ Grenze überwunden werden. Die zu realisierenden Nanodrähte aus III/V Halbleiterheterostrukturen ermöglichen ein vom Substrat weitgehend unabhängiges Wachstum,hohe Wachstumsraten und niedrigen Materialeinsatz. Das ermöglicht Flexibilität und Kostenreduktion. Um den für die wirtschaftliche Verwertbarkeit wichtigen Nachweis der Prozessskalierbarkeit zu erbringen, wird eine OBIC-Methode aufgebaut und weiterentwickelt. Hiermit wird auf makroskopischer Skala die Homogenität und die Funktionalität realisierter QW-nanostrukturen gezeigt. GaAs p-i-n QW Nanodrahtzellen werden auf GaAs(111)B Substraten mittels VLS (MOVPE) Wachstum hergestellt und die Prozessierung optimiert. Die Prozesskontrolle und Optimierung erfolgt über HA PL/EL Messungen. Sobald quasi-Si(111) Substrate der TUI zur Verfügung stehen, wird die Prozessierung auf diese übertragen. Die Kontaktierung der Zellen erfolgt über Elektronenstrahllithographie, materialselektives Ätzen und Metalldeposition. Um die Skalierbarkeit der Zellen und die QW Funktion nachzuweisen, kommt eine um 'bias' Licht weiterentwickelte OBIC zum Einsatz. Die Temperaturabhängige strukturelle Integrität der Nanostrukturen wird mittels HT-Öfen und HREM/TEM evaluiert.
Das Projekt "Theoretische Modellierung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Berlin, Institut für Theoretische Physik durchgeführt. Innerhalb einer (quanten-)kinetischen Materialtheorie wird die Dynamik der optisch angeregten Ladungsträger in verschiedenen Quantentopfstrukturen modelliert. Diese liefert Auskunft über die Ladungsträgerdynamik (pump/probe-Spektren, Emission) und stationäre Materialeigenschaften (lineare Absorption). Die dabei mikroskopisch berechneten Streuraten werden in ein hydrodynamisches Transportmodell integriert, woraus die räumliche Dynamik in der gesamten Solarzellenstruktur bestimmt wird. Die experimentellen Ergebnisse zur Ladungsdynamik (HZB) ermöglichen in Kombination mit den theoretischen Ergebnissen ein Verständnis der mikroskopischen Vorgänge und dienen zusätzlich als Eingangsdaten für weitergehende Simulationen. Die Modellierung erlaubt letztlich eine Optimierung der Solarzellenstruktur, womit eine direkte Rückkopplung an die präparativen Teilprojekte besteht. Ausgehend von einer quantentheoretischen Formulierung der Elektron-Licht-, Elektron-Elektron-, Elektron-Phonon- und Elektron-Störstellen-Wechselwirkung werden die Dichtematrizen der elektronischen Größen für Transport und Optik nach Einteilchenwellenfunktionen (z.B. k. p-Theorie für Quantenfilme, Nanodrähte) entwickelt und die angeregten Wechselwirkungen innerhalb eines kinetischen bzw. quantenkinetischen Zugangs beschrieben. Die mikroskopisch berechneten Raten werden in ein hydrodynamisches Optik/Transport-Modell zur Simulation der gesamten Solarzellenstruktur eingebaut.