High-efficiency, Duennschicht- und Konzentrator-Solarzellen aus Galliumarsenid Abschlussbericht

Gegenstand des Projekts war die Herstellung hocheffizienter GaAs-Solarzellen und die Fertigung von Konzentratorsolarzellen. Dazu wurden wesentliche Fortschritte bei der Materialpraeparation, der Solarzellentechnologie und der Material- and Prozesscharakterisierung erzielt. Diese Erfolge druecken sich in den erzielten Wirkungsgraden aus: - GaAs-Solarzelle hergestellt mit MOVPE-Technologie: 22.9% auf 4 cm"2 (AM1.5g) - GaAs-Solarzelle hergestellt mit LPE-ER Verfahren: 22.8% auf 4 cm"2 (AM1.5 g) - GaAs-Konzentratorsolarzelle hergestellt mit LEP-ER Verfahren: 24.9% bei C=100xAM1.5d -GaAs-Fresnellinsen-Konzentratormodul: Modulwirkungsgrad 20.1% bei 793 W/m"2 Einstrahlung. Ein weiterer Schwerpunkt der Arbeiten war die Epitaxie von GaAs auf Si-Substrat. Hier wurden zwei alternative Realisierungsmoeglichkeiten untersucht. Es wurden mittels MOVPE-Technologie Verfahren entwickelt, um die Defektdichte und Verspannung in der GaAs-Schicht zu minimieren. So wurde zusammen mit dem Verbundpartner ASE, Heilbronn eine 'Parzellierungs'-Technologie entwickelt, die zu einer verminderten Rissbildung in den Epitaxierten GaAs-Schichten fuehrte. Durch gleichzeitige Optimierung der uebrigen Epitaxie-und Prozessparameter konnte ein Wirkungsgrad von 16.6% AM0 auf einer 1 cm"2 grossen Solarzelle erzielt werden. Des weiteren wurde die Hybrid-Epitaxie untersucht. Dabei wird mittels MOVPE eine GaAs-Schicht auf Si-Substrat abgeschieden. Die Solarzellenstruktur wird dann mit einer Niedertemperatur-LPE gewachsen. Bei diesem Verfahren traten unerwartete Schwierigkeiten auf, so dass grundliegende Experimente zur LPE-Technologie durchgefuehrt werden mussten. Bisher konnten mittels dieser Methode keine Solarzellen hergestellt werden. Zusaetzlich wurden Arbeiten zur Herstellung von GaInP-Solarzellen auf GaAs-Substrat durchgefuehrt. Hierbei wurde ein Wirkungsgrad von 15.7% (AM0) erzielt. (orig.)Main topic of the project was the manufacturing of highly efficient GaAs-solar cells and the fabrication of concentrator cells. During this process significant progress was made with the material preparation, the solar cell technology and the material and process characterisation. This succeeded in the following efficiencies: - GaAs solar cell made by MOVPE technology: 22.9% on 4 cm"2 (AM1.5g) - GaAs solar cell made by LPE-ER process: 22.8% on 4 cm"2 (AM1.5g) - GaAs concentrator solar cell made by LPE-ER process: 24.9% at C=100xAM1.5d -GaAs concentrator module with fresnel lenses: Module efficiency 20.1% (under irradiation of 793 W/m"2). Another main focus was the epitaxy of GaAs on Si substrate. Two different approaches were investigated. Together with the cooperation partner ASE, Heilbronn a selective growth technology was developed that led to a decreased crack formation. By a simultanous optimization of the other epitaxy and process parameters, the efficiency was increased up to 16.6% AM0 on 1 cm"2 solar cells. Furthermore a hybrid epitaxy was investigated. A GaAs layer was deposited onto a Si substrate using MOVPE. The solar cell structure was grown with a low temperature LPE. Unexpected difficulties appeared with this process, so that fundamental experiments needed to be done with the LPE technology. So far, no solar cells could be manufactured with this method. In addition, work was performed on GaInP solar cells on GaAs substrate. An efficiency of 15.7% (AM0) was acchieved. (orig.)SIGLEAvailable from TIB Hannover: F96B1846+a / FIZ - Fachinformationszzentrum Karlsruhe / TIB - Technische InformationsbibliothekBundesministerium fuer Bildung, Wissenschaft, Forschung und Technologie, Bonn (Germany)DEGerman