Neue Aufbau- und Integrationstechniken für die hoch konzentrierende Photovoltaik:
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| Main Author: | |
|---|---|
| Format: | Thesis Book |
| Language: | German |
| Published: |
Düsseldorf
VDI-Verl.
2008
|
| Edition: | Als Ms. gedr. |
| Series: | Fortschrittberichte VDI
Reihe 6, Energietechnik ; 570 |
| Subjects: | |
| Online Access: | Inhaltsverzeichnis |
| Physical Description: | X, 135 S. graph. Darst. 21 cm |
| ISBN: | 9783183570065 |
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Inhaltsverzeichnis
VERZEICHNIS DER ABKÜRZUNGEN UND VARIABLEN Vm
1. EINLEITUNG 1
2 theoretische grundlagen.. ................................... .............. ..... 5
2.1 Theorie der Solarzelle 5
2.1.1 Das 2-Dioden-Modell der Solarzelle 5
2.1.2 Darstellung von Solarzellen-Serienverschaltungen durch
das 1-Dioden-Modell 8
2.1.3 Auswirkung des verleihen Serienwiderstands bei realen Solarzellen 9
2.1.4 Metall-Halbleiter-Kontakte 10
2.1.5 Widerstand von Kontakten eingeschränkter Geometrie 13
2.1.6 Hocheffiziente Mehrfach-Solarzellenfür konzentriertes Licht 14
2.2 Solarzellen-Prozessierung 20
2.2.1 Ätzen von GaAs und verwandten Ill-V-Halbleitern 20
2.2.2 Ohmsche Kontakte zu n-Gallium-Arsenid 22
2.2.3 Ohmsche Kontakte zu p-Germanium 25
2.2.4 Kontakthaftung 26
2.3 Solarzellen-Charakterisierung 27
2.3.1 Charakterisierung unter Einsonnen-Standardbedingungen 27
2.3.2 Messung unter konzentriertem Licht 28
2.3.3 Photostrom-Spannungs-Kennlinie und Dunkelkennlinie 28
2.3.4 Elektrolumineszenzmessung 30
2.4 Ermittlung von Materialparametern 31
2.4.1 Die Transmission-Line-Methode (TLM) zur Messung von Kontaktwiderständen
und Schichtwiderständen 31
2.4.2 Die van-der-Pauw-Methode zur Hall-Messung von Schichtwiderständen,
Mobilitäten und Dotierungen 33
2.5 Solarzellensimulation durch elektronische Netzwerke 35
2.5.1 Simulation von Solarzellen durch elektronische Netzwerke 55
2.5.2 Solarzellenoptimierung 39
3 STAND DER TECHNIK IM BEREICH DER HOCH KONZENTRIERENDEN
PHOTOVOLTAIK 44
3.1 Punktfokussysteme 44
3.1.1 Vergleich verschiedener Punktfokussysteme 44
3.1.2 Bewertung des Punktfokus-Ansatzes 46
3.2 Grobflächige optische KoNZENTRATOREN mit dicht gepackten
Konzentrator-Photovoltaikmodulen 46
3.2.1 Die Parabolspiegelsysteme der Firma Solar Systems. 47
VI
3.2.2 Rückseitenkontaktierte Dreifach-Solarzellen der Firma Spectrolab 47
3.2.3 Monolithisch integriert-serienverschaltete Module (MIMs) 4°
3.2.4 Bewertung des Stands der Technik bei großflächigen photovoltaischen
Konzentratorsystemen
3.3 Dm Technische Zielsetzung dieser Arbeit 5
4 AUSLEGUNG UND OPTIMIERUNG MONOLITHISCH INTEGRIERT-
SERIENVERSCHALTETER MODULE (MIMS) 53
4.1 ENTWICKLUNG EINES NEUEN MIM-KONZEPTS MIT INTEGRIERTER BYPASSDIODE.... 53
4.2 Design-Optimierung durch Netzwerksimulationen 5
4.2.1 Ermittlung der Eingabeparameter
4.2.2 Designoptimierung
5 AUSLEGUNG UND OPTIMIERUNG FRONTSEITIG
SERIENVERSCHALTBARER SOLARZELLEN
5.1 Entwicklung des Konzepts der frontseitigen Verschaltung
5.2 Designoptimierung durch Netzwerksimulationen
5.2.1 Ermittlung der Eingabeparameter
5.2.2 Modellierung
5.2.3 Designoptimierung
6 MIM-PROZESSIERUNG 7
6.1 Prozessfolge zur Herstellung von MIMs mit Bypassdiode
6.2 Photolithographie
6.2.1 Aufschleudern des Photolacks
6.2.2 Ausheizschritte, Belichten und Entwickeln _
6.2.3 Ablocken
6.3 Selektives Ätzen der Verbindungsgräben in MIMs
6.4 Isolationsschicht „
6.4.1 Photostrukturiertes Polyimid
6.4.2 Plasmageätztes Siliziumnitrid (SiN)
6.5 Prozessierung ohmscher Kontakte und metallischer lettschichten
6.6 Entwicklung neuer ohmscher Kontakte zu n-GaAs ^
6.6.1 Nickel/Gold-Germanium-Kontakte zu n-dotiertem Gallium-Arsenid
6.6.2 Pd/Ge/Ti/Pd/Au-Kontakt g9
6.6.3 Pd/(Au)/Ge/Ti/Pd/Au- und Pd/(Au]/Ge/Ti/Pd/Ag-Kontakte
6.6.4 Degradation ^
6.6.5 Kontaktwiderstände bei variierter Kontaktbreite „,
6.7 Ätzen der Deckschicht und Aufdampfen der Antireflexschicht
6.8 Mesa-ätzen ^
6.9 Aufdampfen eines Rückseitenreflektors für infrarotes Licht
6.10 Vereinzeln der Wafer mit der Chipsäge ;
VII
7 PROZESSIERUNG FRONTSEITIG VERSCHALTBARER SOLARZELLEN ..102
7.1 Prozessfolge 102
7.2 Unselekttves Mesa-ätzen und Freilegen
derFrontseitenkontaktflachen 103
7.3 Aufdampfen des Rücksettenkontaktes 103
7.4 Aufdampfen der Frontseitenkontakte 104
7.5 Ätzen der Deckschicht und Aufdampfen der Antireflexschicht 104
8 ERGEBNISSE DER MEM-CHARAKTERISIERUNG 105
8.1 Einzelergebnisse 105
8.1.1 Heil-Charakterisierung 105
8.1.2 Temperaturabhängigkeit der Solarzellenparameter 109
8.2 Exemplarischer Technologiechargenvergleich 111
8.2.1 MOVPE115, die erste Charge der neuen Technologie 111
8.2.2 MOVPE 136, verbesserte Tunneldioden 111
8.2.3 MOVPE 161 166, neue ohmsche Kontakte 112
8.2.4 MOVPE 210, hohe Wirkungsgrade mit guter Ausbeute 7/5
9 ERGEBNISSE DER CHARAKTERISIERUNG FRONTSEITIG
VERSCHALTBARER SOLARZELLEN 114
9.1 Einzelergebnisse 114
9.1.1 Heil-Charakterisierung 114
9.1.2 Serienwiderstandsverluste an den Frontseitenkontaktflächen 117
10 AUFBAU UND TEST DICHT GEPACKTER
mim-konzentrator-module 119
10.1 Herstellung dicht gepackter Konzentrator-Module 119
10.2 Thermische Charakterisierung im Labor 120
10.3 Messungen unter konzentriertem Sonnenlicht 122
10.4 Simulation inhomogen beleuchteter Module 124
11 ZUSAMMENFASSUNG, BEWERTUNG UND AUSBLICK 126
12 ANHANG: SPANNUNGSABFALL ENTLANG EINES FINGERS
IM KURZSCHLUSSBETRIEB 128
LITERATURVERZEICHNIS 131
|
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V
Inhaltsverzeichnis
VERZEICHNIS DER ABKÜRZUNGEN UND VARIABLEN Vm
1. EINLEITUNG 1
2 theoretische grundlagen. . . . 5
2.1 Theorie der Solarzelle 5
2.1.1 Das 2-Dioden-Modell der Solarzelle 5
2.1.2 Darstellung von Solarzellen-Serienverschaltungen durch
das 1-Dioden-Modell 8
2.1.3 Auswirkung des verleihen Serienwiderstands bei realen Solarzellen 9
2.1.4 Metall-Halbleiter-Kontakte 10
2.1.5 Widerstand von Kontakten eingeschränkter Geometrie 13
2.1.6 Hocheffiziente Mehrfach-Solarzellenfür konzentriertes Licht 14
2.2 Solarzellen-Prozessierung 20
2.2.1 Ätzen von GaAs und verwandten Ill-V-Halbleitern 20
2.2.2 Ohmsche Kontakte zu n-Gallium-Arsenid 22
2.2.3 Ohmsche Kontakte zu p-Germanium 25
2.2.4 Kontakthaftung 26
2.3 Solarzellen-Charakterisierung 27
2.3.1 Charakterisierung unter Einsonnen-Standardbedingungen 27
2.3.2 Messung unter konzentriertem Licht 28
2.3.3 Photostrom-Spannungs-Kennlinie und Dunkelkennlinie 28
2.3.4 Elektrolumineszenzmessung 30
2.4 Ermittlung von Materialparametern 31
2.4.1 Die Transmission-Line-Methode (TLM) zur Messung von Kontaktwiderständen
und Schichtwiderständen 31
2.4.2 Die van-der-Pauw-Methode zur Hall-Messung von Schichtwiderständen,
Mobilitäten und Dotierungen 33
2.5 Solarzellensimulation durch elektronische Netzwerke 35
2.5.1 Simulation von Solarzellen durch elektronische Netzwerke 55
2.5.2 Solarzellenoptimierung 39
3 STAND DER TECHNIK IM BEREICH DER HOCH KONZENTRIERENDEN
PHOTOVOLTAIK 44
3.1 Punktfokussysteme 44
3.1.1 Vergleich verschiedener Punktfokussysteme 44
3.1.2 Bewertung des Punktfokus-Ansatzes 46
3.2 Grobflächige optische KoNZENTRATOREN mit dicht gepackten
Konzentrator-Photovoltaikmodulen 46
3.2.1 Die Parabolspiegelsysteme der Firma Solar Systems. 47
VI
3.2.2 Rückseitenkontaktierte Dreifach-Solarzellen der Firma Spectrolab 47
3.2.3 Monolithisch integriert-serienverschaltete Module (MIMs) 4°
3.2.4 Bewertung des Stands der Technik bei großflächigen photovoltaischen
Konzentratorsystemen
3.3 Dm Technische Zielsetzung dieser Arbeit 5
4 AUSLEGUNG UND OPTIMIERUNG MONOLITHISCH INTEGRIERT-
SERIENVERSCHALTETER MODULE (MIMS) 53
4.1 ENTWICKLUNG EINES NEUEN MIM-KONZEPTS MIT INTEGRIERTER BYPASSDIODE. 53
4.2 Design-Optimierung durch Netzwerksimulationen 5
4.2.1 Ermittlung der Eingabeparameter
4.2.2 Designoptimierung
5 AUSLEGUNG UND OPTIMIERUNG FRONTSEITIG
SERIENVERSCHALTBARER SOLARZELLEN
5.1 Entwicklung des Konzepts der frontseitigen Verschaltung
5.2 Designoptimierung durch Netzwerksimulationen
5.2.1 Ermittlung der Eingabeparameter
5.2.2 Modellierung
5.2.3 Designoptimierung
6 MIM-PROZESSIERUNG 7
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6.2 Photolithographie
6.2.1 Aufschleudern des Photolacks
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6.6.2 Pd/Ge/Ti/Pd/Au-Kontakt g9
6.6.3 Pd/(Au)/Ge/Ti/Pd/Au- und Pd/(Au]/Ge/Ti/Pd/Ag-Kontakte
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VII
7 PROZESSIERUNG FRONTSEITIG VERSCHALTBARER SOLARZELLEN .102
7.1 Prozessfolge 102
7.2 Unselekttves Mesa-ätzen und Freilegen
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7.4 Aufdampfen der Frontseitenkontakte 104
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8 ERGEBNISSE DER MEM-CHARAKTERISIERUNG 105
8.1 Einzelergebnisse 105
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9 ERGEBNISSE DER CHARAKTERISIERUNG FRONTSEITIG
VERSCHALTBARER SOLARZELLEN 114
9.1 Einzelergebnisse 114
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10 AUFBAU UND TEST DICHT GEPACKTER
mim-konzentrator-module 119
10.1 Herstellung dicht gepackter Konzentrator-Module 119
10.2 Thermische Charakterisierung im Labor 120
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10.4 Simulation inhomogen beleuchteter Module 124
11 ZUSAMMENFASSUNG, BEWERTUNG UND AUSBLICK 126
12 ANHANG: SPANNUNGSABFALL ENTLANG EINES FINGERS
IM KURZSCHLUSSBETRIEB 128
LITERATURVERZEICHNIS 131 |
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