Solarzellen verwandeln Sonnenlicht in elektrischen Strom und werden so zur regenerativen Energieversorgung wesentlich beitragen. Für eine kostengünstige Stromerzeugung kommen dabei zunehmend Dünnschichtsolarzellen aus kristallinem Silicium ins Blickfeld. Arbeitsschwerpunkte der Abteilung sind

• Dünnschichtsolarzellen aus laserkristallisiertem Silicium auf Glas
• Silicium-Nanodrähte für Solarzellen
• Lasermodifikation von Solarzellen (Laserdotieren, Laserausheilen)

Für die Photovoltaik entwickeln wir Silicium-Dünnschichtsolarzellen auf Glas und konzentrieren uns dabei auf Zellen aus multikristallinen Schichtsystemen mit Kristalliten über 0,1 mm und auf Nanodraht-Solarzellen. Ziel der Arbeiten ist es, qualitativ hochwertiges Siliciummaterial mit industrietauglichen Verfahren auf kostengünstigen Substraten wie Glas herzustellen und daraus Solarzellen mit hohem Wirkungsgrad zu präparieren. Darüber hinaus entwickeln wir Laserverfahren zur Modifikation von Solarzellenmaterial. Das Solarzellenmaterial wie auch die Solarzellen werden mit verschiedenen Verfahren charakterisiert.

Multikristalline Silicium-Dünnschicht-Solarzellen

Auf Glas lassen sich grobkörnige, für Solarzellen geeignete Schichtsysteme auf kostengünstigem Glas in einem Zweistufen-Prozess herstellen. In einem ersten Schritt wird eine Keimschicht mit der gewünschten Kristallstruktur aus Körnern über 0,1 mm auf dem Glassubstrat erzeugt. Wir wenden dazu das Verfahren der Laserkristallisation an und verwenden Diodenlaser hoher Leistung. Mit diesem Verfahren haben wir weltweit ein Alleinstellungsmerkmal erreicht. In einem zweiten Schritt wird diese Keimschicht zu einer Solarzelle epitaktisch auf ca. 2 µm verdickt. Dazu erforschen wir ganz verschiedene Methoden: Lasergestützte Verfahren und auch die Festphasenepitaxie im Ofen. Ziel ist die Optimierung der Kristallqualität ohne die Kosten des Verfahrens in die Höhe zu treiben. Als Besonderheit verwenden wir zur Abscheidung der Ausgangsschichten aus amorphem Silicium die Elektronenstrahlbedampfung, ein Verfahren, das die höchsten Abscheideraten bei Silicium überhaupt erlaubt und damit viel effektiver ist als die üblicherweise eingesetzt CVD.

Nanodraht-Solarzellen

Eine ganz neue Idee sind Solarzellen aus Silicium-Nanodrähten. Die Nanodrähte sind einige 10 bis einige 100 nm dick und als Teppich angeordnet. Diese Nanodraht-Teppiche absorbieren das Licht viel besser als glatte Dünnschichten und bieten daher für Solarzellen einen erheblichen Vorteil. Wir erzeugen die Nanodrähte durch Wachstum aus einem Gas oder durch einen chemischen Ätzprozess aus Dünnschichten. In beiden Fällen setzen wir Glas als Substrat ein, auf dem eine laserkristallisierte Siliciumschicht aufgebracht ist. Solarzellen werden entweder direkt aus den Nanodrähten hergestellt oder aber als Hybridzellen aus Nanodrähten und Polymeren.

Lasermodifikation für Solarzellen

Außer zur Laserkristallisation und zur Strukturierung sind Laserprozesse auch interessant, um Silicium-Solarzellen zu dotieren und um ihre Kristallqualität nachträglich zu verbessern. Zur Dotierung entwickeln wie Prozesse mit Kurzpulslasern zum Ausheilen von Silicium erproben wir den Einsatz von Diodenlasern.