Das Forschungszentrum Jülich - d-nb, Archivserver DEPOSIT.D-NB ...

A - Ziele und Einbettung in den Forschungsbereich
Das Arbeitsprogramm des Instituts für Photovoltaik fokussiert sich auf Dünnschichtsolarzellen auf der
Basis von Silizium und seinen Legierungen in amorpher und mikrokristalliner Form. Ziel der
Entwicklung sind preisgünstige Photovoltaik-Module mit hohem Wirkungsgrad. Die Attraktivität dieser
Technologie liegt in den geringen Materialkosten und den kostengünstigen Abscheideverfahren auf
vielfältigen Substratmaterialien bei niedriger Prozesstemperatur. Das Arbeitsprogramm umfasst die
Gesamtentwicklung von der Materialforschung über Solarzellenentwicklung, Prozesstechnologie bis
zur Realisierung von Solarmodulen. Dabei soll die Technologie so entwickelt werden, dass sie
industrieller Fertigung nahe kommt und von den industriellen Partnern bei geringen Transferkosten
genutzt werden kann.
Es werden Stapelzellen (Tandem- und Tripel-Zellen) mit angepasster spektraler Absorption der
Schichten entwickelt werden, um das Solarspektrum möglichst vollständig zu nutzen. Als
Abscheideverfahren wird vor allem Glimmentladung angewandt sowie die "Hot Wire" Technik. Die
niedrigen Abscheidetemperaturen von 100-300°C ermöglichen den Einsatz billiger und flexibler
Substrate, wie z.B. Glas, Stahl oder Plastikfolien. Durch gezielt rau gestaltete TCO-Schichten, z.B.
texturiertes Zinkoxid, soll der Lichteinfang verbessert werden. Weiterführende Konzepte zielen darauf
hin, Wirkungsgrade von 14% und mehr langfristig zu erreichen. Dazu gehören Arbeiten zu einem
optimalem Ausnutzen des Sonnenspektrums (Photonen-Management). Hier werden u.a. die
folgenden Forschungsansätze verfolgt:
• neue oberflächenstrukturierte Materialien.
• selektive Reflektoren innerhalb und an der Rückseite des Schichtsystems.
• angepasste Wellenleiterstrukturen.
Die Arbeiten sind Teil des Helmholtz Forschungsprogramms "Erneuerbare Energien", in dem neben
der Photovoltaikforschung in Jülich und am HMI Berlin auch Arbeiten auf dem Gebiet solarthermischer
Kraftwerke, konzentrierender Solartechnik und Systemanalyse (DLR) und Arbeiten zur
geothermischen Stromerzeugung (Geoforschungsinstitut Potsdam) durchgeführt werden. Die
Photovoltaikforschung konzentriert sich auf die Entwicklung von Dünnschichtsolarzellen mit dem Ziel,
eine kostengünstige und nachhaltige Energiequelle zu erschließen. Dabei sind Dünnschicht-
Solarzellen aus Verbindungs-Halbleitern, insbesondere aus der Materialfamilie Cu (In, Ga) (S, Se)2
und aus III-V Halbleitern Schwerpunkte der Arbeiten am Hahn-Meitner Institut Berlin. Dünnschicht-
Solarzellen auf der Basis von Silizium werden sowohl am HMI als auch am FZJ entwickelt, wobei das
HMI die Herstellung einer Solarzelle mit einem Saatschichtkonzept bei Prozesstemperaturen kleiner
als 600°C anstrebt, während das FZJ die direkte Abscheidung von Silizium bei Temperaturen kleiner
als 300°C verfolgt.
B - Programmstruktur
Das Jülicher Programm umfasst drei Forschungsbereiche: Material- und Solarzellenentwicklung,
Prozesstechnologie und das Überzeichnungsvorhaben "Photonen-Management"
C - Programmergebnisse
Herausragende wissenschaftliche Ergebnisse
Material- und Solarzellenentwicklung
Ein zentrales Forschungsthema des Instituts stellen die Materialeigenschaften von mikrokristallinem
Silizium dar. Hier geht es einerseits um ein besseres Verständnis des Materials, andererseits um eine
Verbesserung der Materialeigenschaften für die spezielle Anwendungen (z.B. als intrinsische
Absorberschicht bzw. als p/n Kontaktschicht). Wichtige Ergebnisse sind hier dieHerstellung von
mikrokristallinen SiC-Schichten bei Substrattemperaturen kleiner als 400 C (S. Klein, R. Carius, F.
Finger, L. Houben, Low substrate deposition of crystalline SiC using HWCVD, Thin Solid Films (zur
Publikation angenommen)) sowie das Erreichen hoher Leitfähigkeiten (nahe 300 S/cm) für Bor-
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