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Modellierung, Herstellung und Analyse von Solarzellen aus multikristallinem Silizium

Andreas Schmidt

ISBN 978-3-89722-128-4
115 pages, year of publication: 1998
price: 40.00 €

Ein Ansatz zur Kostenreduzierung von Solarzellen ist die Verwendung von multikristallinem Silizium. Bei der Beschreibung von Solarzellen aus multikristallinem Silizium kommt der Berücksichtigung der Korngrenzen-Rekombination eine besondere Bedeutung zu. Im Rahmen dieser Arbeit wurden analytische Modelle zur Beschreibung von zwei unterschiedlichen Solarzellenstrukturen entwickelt, in denen der Einfluß der Korngrenzen-Rekombination durch Einführung einer Korngrenzen-Rekombinationsgeschwindigkeit erfaßt wurde.

Die eine Solarzellenstruktur entspricht im Aufbau einer konventionellen Solarzelle aus multikristallinem Silizium mit kolumnarer Kornstruktur. Das analytische Modell beschreibt die gesamte Solarzelle als Parallelschaltung der einzelnen Kristallite. Der einzelne Kristallit wird entsprechend einem Ansatz nach Shockley durch Lösung der zweidimensionalen Diffusions-Differentialgleichung in kartesischen oder zylindrischen Koordinaten beschrieben. Neben der Diskussion der Ladungsträgerprofile werden Rechnungen zur Optimierung einer solchen Solarzellenstruktur erläutert.

Die andere Solarzellenstruktur beschreibt eine multikristalline Dünnschichtsolarzelle auf einem isolierenden Substrat. Bei einer solchen Struktur sind beide Solarzellenkontakte auf der beleuchteten Oberfläche angeordnet. Da der Stromfluß in dieser Struktur quer zu den Korngrenzen verläuft, kann das elektrische Verhalten der einzelnen Kristallite nicht voneinander entkoppelt werden. Die Lösung des Systems gekoppelter Diffusions-Differentialgleichungen führt zu den Ladungsträgerprofilen und Kennlinien und erlaubt die Diskussion von Optimierungsgesichtspunkten der multikristallinen Solarzelle auf Fremdsubstrat.

Zur Überprüfung des Modells der konventionellen multikristallinen Solarzelle wurden Solarzellen dieses Typs hergestellt und mit unterschiedlichen Meßverfahren charakterisiert. Dabei wurden möglichst viele Bauelementparameter durch folgende Meßmethoden unabhängig voneinander bestimmt: Spreading Resistance, C(V)- und LBIC-Messungen sowie die Vermessung des spektralen Reflexionsvermögens und der Spektralen Empfindlichkeit. Aus den so gewonnenen Parametern konnte mit Hilfe des analytischen Modells die Strom-/Spannungs-Charakteristik berechnet werden. Diese wurde dann mit gemessenen Strom-/Spannungs-Kennlinien verglichen.

Keywords:
  • Solarzelle
  • Silizium
  • multikristallin
  • Diffusions-Differenzialgleichung
  • Technologie

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