Numerische Simulation von Silicium-Solarzellen mit neuartigen Zellstrukturen

Die Physik der Solarzelle wird in mehreren Schritten dargestellt. Eindimensionale numerische Lösungen werden mit den analytischen Lösungen verglichen. Die optischen Eigenschaften texturierter Solarzellen werden per Strahlverfolgung ermittelt.Eine objektorientierte Umgebung zur numerischen und analytischen Solarzellensimulation namens PVObjects wurde in der Programmiersprache Mathematica entwickelt. Simulationen werden durch Aufruf der numerischen Programme RAYN, MESH und DESSIS durchgeführt.Die Beschreibung der Rekombinationseigenschaften hochdotierter Emitter wurde verbessert. Im Gegensatz zu vergangenen Studien wird ein quantenmechanisches Modell für den BGN-Effekt zur Berechnung des Emitters verwendet. Dieses neue Modell wird zur Berechnung phosphordotierter Emitter eingesetzt. Die Simulationen ergeben im Vergleich zum Standardmodell niedrigere Werte für die Löcherdichte an der Oberfläche hochdotierter Emitter.Die Arbeit beinhaltet eine Analyse von Dünnschichtsolarzellen aus kristallinem Silizium auf isolierenden Substraten. Die analytische optische Beschreibung planer Zellen berücksichtigt Vielfachreflexionen in den Schichten. Optische Eigenschaften texturierter Zellen werden durch Strahlverfolgung berechnet.Exakte numerische Referenzmodelle zur Simulation der elektrischen Eigenschaften wurden implementiert und der Einfluß der Dicke der elektrisch aktiven Schicht auf die Solarzellenparameter untersucht.Eine Analyse von Rückeitenkontaktzellen aus einkristallinem Silizium mit Spitzenwirkungsgraden von 21.4 wird vorgestellt. Das Simulationsmodell beinhaltet Strahlverfolgung, zweidimensionale elektrische Halbleitersimulation und Netzwerksimulation. Parametervariationen ergaben eine optimale Zelldicke im Bereich 100 µm bis 150 µm. Eine Wirkungsgraderhöhung von 3 relativ für eine Erniedrigung der bisher prozessierten Oberflächendotierkonzentration von 5x10^18 auf 1x10^18 cm-3 wurde experimentell verifiziert