Photonic crystal intermediate reflective layer for micromorph tandem solar cells

Abstract

Ziel dieser Arbeit ist die Untersuchung und Herstellung einer optischen Zwischenschicht für Tandemsolarzellen aus Silizium. Eine Wirkungsgradsteigerung der Vorderzelle soll durch gezielte Rückreflexion von Photonen mit spektral begrenzter Wellenlängenverteilung erreicht werden. Das Funktionsprinzip dieser Schicht basiert auf der Physik der photonischen Kristalle und ihren Möglichkeiten, die Ausbreitung von Licht in bestimmten Spektralbereichen und Raumwinkeln zu beeinflussen und zu unterdrücken. Unter Verwendung verschiedener numerischer Verfahren werden Berechnungen zur Ermittlung der benötigten spezifischen Eigenschaften einer solchen Schicht durchgefühhrt. Die zu erwartenden optischen Eigenschaften endlicher Kristallschichten werden simuliert und mit experimentellen Ergebnissen verglichen. Zu erwartende Wirkungsgradsteigerungen für die Solarzelle und mögliche Arbeitsparameter der Zwischenschicht werden ermittelt. Eine 3D photonische Zwischenreflektorschicht wird als invertierter Opal experimentell hergestellt und optisch und elektrisch charakterisiert. Hierzu benötigte Verfahren werden weiterentwickelt. Die Realisierung einer integriert photonischen Reflektorschicht auf der Rückseite einer amorphen Siliziumsolarzelle ist erfolgt und erste Untersuchungen der Struktur und der externen Quanteneffizienz werden ausgeführt. Die Kombination von selbstorganisierenden Opalkristallen und rauen Solarzellenoberflächen wird experimentell untersucht.