Project

Discipline

CIGS solar cell; a-Si/c-Si solar cell; perovskite solar cell; high charge carrier mobility; near infrared sensitization; passivation layer; transparent conducting oxide; electrode interface layer; recombination junction

Lead
Zwischenflächen in Solarzellen sind essentiell für die Trennung von Ladungsträgern, die Unterdrückung deren Rekombination und ermöglichen eine effiziente Gewinnung der Ladungsträger an den Elektroden. In kristallinen Siliziumsolarzellen soll die Effizienz weiterhin erhöht werden, indem verschiedene Oxide als Passivierungsschicht appliziert werden. Für chalcogenide Solarzellen besteht die Optimierung der Effizienz darin, dass die elektronensammelnde, leicht absorbierende CdS Schicht teilweise oder vollständig durch eine transparente Oxidschicht ersetzt wird. In neuartigen Perovskit Solarzellen wird die transparente, lochleitende Schicht durch eine im nahen Infrarot absorbierende Schicht ersetzt, sodass die Photosensibilität der Solarzelle im nahen Infrarot-Bereich erweitert werden kann. Bei allen untersuchten Zwischenflächenschichten wird eine der Art der Beschichtungsmethode besondere Beachtung geschenkt, um Defektzustände an der Zwischenfläche zu vermeiden.
Lay summary
Photovoltaische Bauteile benötigen Halbleitermaterialien, welche effizient Licht absorbieren und elektrische Ladungen transportieren können. Damit eine Solarzelle funktionieren kann, benötigt diese Zwischenflächen, um Ladungen voneinander trennen zu können, deren Rekombination zu verhindern sowie die Ladungsträgergewinnung an den Elektroden zu gewährleisten. Ziel des Projektes ist es, diese Zwischenflächen für kristalline Silizium (c-Si) Solarzellen, Chalcogenid-Solarzellen (CIGS, CGS) sowie Perovskitsolarzellen zu optimieren. Im Falle von c-Si Solarzellen stehen Passivierungsschichten und Beschichtungsmethoden von verschiedenen Oxiden im Vordergrund. Dabei soll auch das Verständnis der Bandstruktur an den Zwischenfläche zu diesen Oxiden geschaffen werden. In CIGS Solarzellen kann die Verringerung der Schichtdicke der leicht absorbierenden, Elektronen-leitdenden CdS Schicht eine Effizienzsteigerung bewirken. Dabei sollen zusätzliche Oxidschichten die CdS Schicht teilweise oder sogar vollständig ersetzen. Auch hier steht neben der Material-Stöchiometrie ebenfalls die Beschichtungsmethode im Vordergrund. In der relativ jungen Perovskit Solarzellentechnologie ist eine Umwandlung von Licht in Strom durch die grosse Bandlücke des Absorbers gegeben. Um den Photostrom zu erhöhen soll in diesem Projekt der transparente Lochleiter ganz oder teilweise ersetzt werden durch einen im nahen Infrarot absorbierenden Halbleiter ersetzt werden. Durch Sensibilisierung des Pervoskit Absorbers mit infraroten Photonen soll der photosensitive Bereich dieser Solarzelle vergrössert werden und somit die Effizienz der Solarzelle erhöht werden.

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Last update: 14.10.2014

Active participation

Photovoltaic devices rely on high-performance active absorber materials that efficiently convert light into charge carrier pairs (electrons and holes). Interfaces between active layers or between electrodes and active layers are arguably as important for good device performance, as they govern separation, recombination as well as collection of charge carriers. Interfacial layers may also be present in tandem solar cells for example as recombination junction between top and bottom cell. They may optimize light management in the device.The specific goal of this project is to develop a joint tool box of film deposition techniques and interface preparation techniques for improved contact formation. We aim at developing layers with properties with tuned work function needed for efficient charge collection (high work function for hole collection layers, low work function for electron collecting layers); appropriate refractive indices if optical functionality is required (e.g. as anti-reflective coating or intermediate reflector in a tandem design), soft deposition (not leading to damage of the optical absorber), transparency (needed for front contact, but also in future tandem configurations), high mobility if lateral conductivity is needed. These layers will be applied to the state-of-the-art processes of the individual labs, covering a wide range of devices, including CIGS based solar cells, perovskite solar cells and crystalline silicone heterojunction devices.