Kontrolle von Spannungsrelaxation und Defektbildung in metamorphen III-V Halbleiterheterostrukturen für hocheffiziente Solarzellen
Die hier vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Weiterentwicklung von monolithischen III-V Mehrfachsolarzellen mit drei pn-Übergängen für die Anwendung in konzentrierenden Photovoltaiksystemen. Diese Tripelsolarzellen bestehen aus einer GaInP-Oberzelle, einer GaInAs-Mittelzelle und einer Germanium-Unterzelle, die mittels elektrisch leitender und optisch transparenter Tunneldioden verbunden sind. Derartige Solarzellen erzielen mittlerweile Rekordwirkungsgrade von mehr als 40 % unter konzentriertem Licht. Bei den III-V Hocheffizienzsolarzellen sind die Anforderungen an die Materialqualität außerordentlich hoch. Insbesondere bei der metamorphen Tripelsolarzelle, bei der Verbindungshalbleiter mit unterschiedlichen Atomabständen epitaktisch aufeinander abgeschieden werden, treten Kristalldefekte auf, die die Leistungsfähigkeit der Solarzelle sehr stark beeinträchtigen können. Durch Anwendung geeigneter Schichtwachstumskonzepte können die Bildung der Kristalldefekte manipuliert und deren Einfluss auf die Effizienz einer Solarzelle minimiert werden. Die konventionelle sowie die hochauflösende Transmissionselektronenmikroskopie (TEM und HRTEM) und die hochauflösende Röntgenbeugung (HRXRD) haben sich als erfolgreich erwiesen, die Bildung von Defekten sowie die auftretenden Schichtspannungen zu untersuchen. Im Rahmen dieser Arbeit konnte unter Anwendung dieser Methoden eine hocheffiziente Tripelsolarzelle mit einem Weltrekordwirkungsgrad von 41.1 % unter konzentriertem Licht entwickelt werden.
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