Title: Charakterisierung texturierter Silicium-Solarzellen
Authors : Schumacher, Jürgen
Advisors / Reviewers : Keine Angabe
Extent : 116
Issue Date: Oct-1994
License (according to publishing contract) : Licence according to publishing contract
Language : German
Subjects : Ray-tracing; Quantum efficiency; Light trapping; Silicon solar cells
Subject (DDC) : 621.3: Electrical engineering and electronics
Abstract: In dieser Diplomarbeit wurden Aspekte, die zur Optimierung der Kurzschlussstromdichte von texturierten Silicium-Solarzellen wesentlich sind, theoretisch und experimentell untersucht. Die quantitative Beschreibung der optischen Eigenschaften planparalleler Schichten ist Voraussetzung für die Charakterisierung texturierter Silicium-Solarzellen. Hierzu wurde ein Programm zur Berechnung des Reflexionsgrads n-lagiger Antireflexschichten auf planen Substraten erstellt. Die Ergebnisse einer Reflexionsrechnung für eine Einfachschicht wurden mit Reflexionsmessungen an einem oxidierten Silicium-Wafer verglichen. Das Programm liess sich unter anderem zur Optimierung von Antireflexschichten auf der Vorder- und Rückseite einer GaAs/Si- Tandemzelle einsetzen. Der spektral abhängige Verlauf der Absorption in einem planen Silicium-Wafer kann unter Einbeziehung der Antireflexschichten auf der Zellvorderseite und des Absorptionskoeffizienten von Silicium mit einem in dieser Arbeit entstandenen Modell beschrieben werden. Dabei werden Vielfachreflexionen an der Zellvorder- und -rückseite erfasst. Für diesen einfachsten Fall einer Solarzelle mit planen Grenzflächen ohne Berücksichtigung der Rauhigkeit wird der Begriff der Generationsfunktion von Silicium- Solarzellen ausführlich erläutert. Zur quantitativen Beschreibung der optischen Eigenschaften texturierter Silicium-Solarzellen reicht der analytische Ansatz nicht aus. Ein Schwerpunkt der Arbeit bestand daher in der Strahlverfolgungssimulation zur Bestimmung der Reflexions- und Absorptionseigenschaften von Solarzellen mit invertierten Pyramiden und Antireflexschichten auf der Vorderseite und auf der glanzgeätzten Rückseite unter Berücksichtigung der Rauhigkeit. Als wichtiges Ergebnis dieser Diplomarbeit konnte gezeigt werden, dass die Simulation der spektral abhängigen Reflexion sehr gut mit Reflexionsmessungen übereinstimmt. Wesentlich dafür ist ein Modell zur Simulation der Rauhigkeit der Zellrückseite. Durch Einteilung einer texturierten Zelle in Blöcke mit unterschiedlicher Geometrie kann die Generationsfunktion texturierter Silicium-Solarzellen simuliert werden. Der Ansatz konnte durch einen Vergleich zwischen der simulierten internen Quantenausbeute mit einer aus Reflexions- und spektralen Empfindlichkeitsmessungen berechneten internen Quantenausbeute verifiziert werden. Um die spektrale Empfindlichkeit von "High-Efficiency"-Solarzellen auch im infraroten Spektralbereich mit hoher Auflösung messen zu können, wurde ein Messplatz aufgebaut und ein Programm zur Steuerung der Messung geschrieben. Zur Erzeugung monochromatischen Lichts mit niedrigem Streulichtanteil wurde ein Doppelmonochromator russischer Herkunft eingesetzt. Zur Auswertung von spektralen Empfindlichkeitsmessungen wurde eine von P. Basore entwickelte Methode, die eine Trennung der Effekte der Volumendiffusionslänge von der Anwendbarkeit bei "High-Efficiency"-Solarzellen untersucht. Bei der Methode muss die effektive Diffusionslänge und die Ladungsträgersammelwahrscheinlichkeit im Fall homogener Generation aus einer Reflexions- und einer spektralen Empfindlichkeitsmessung berechnet werden. Es stellte sich heraus, dass die Fehlerfortpflanzung bei der Bestimmung der Ladungsträgersammelwahrscheinlichkeit im Fall von "High-Efficiency"-Solarzellen bei einer Auswertung mit der Methode von Basore zu einer Messunsicherheit führt, die technologisch verwendbare Aussagen nicht gestattet. Ein direkter Vergleich der aus den Messungen gewonnenen internen Quantenausbeute mit einer numerischen Simulation, die die Näherungen des Verfahrens nach Basore vermeidet, liefert im Fall von "High-Efficiency"-Solarzellen genauere Ergebnisse. Bei einer Messgenauigkeit der spektralen Empfindlichkeit von ca. 1% kann eine aussagekräftige Trennung der Rekombinationsparameter erreicht werden. Voraussetzung hierzu ist eine weitere Verbesserung der Kalibrierung der Messapparatur zur Bestimmung der spektralen Empfindlichkeit.
Departement: School of Engineering
Organisational Unit: Institute of Computational Physics (ICP)
Publication type: Master Thesis
URI: https://digitalcollection.zhaw.ch/handle/11475/11617
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