Fondop Makoudjou, Sandrine Lauretta: Entwicklung, Simulation und Untersuchung der Wachstumsparameter neuartiger GaAs-Solarzellenstrukturen

Abstract in Deutsch:

Im Mittelpunkt dieser Arbeit steht die Struktur der GaAs Solarzelle. Diese III-V Solarzelle hat oft einen p-n-Homoübergang (herkömmliche Struktur). Das Problem dieser Zellenstruktur ist der hohe Anteil der nichtstrahlenden Rekombination in der Nähe des p-n-Übergangs. Durch Simulation mit AFORS-HET werden die herkömmliche GaAs-Solarzelle, die GaAs-Solarzelle mit hinterem p-n-Übergang und die GaAs-Solarzelle mit p-n-Heteroübergang verglichen. Die Zellen wurden mit Metallorganischer Gasphasenepitaxie (MOVPE) präpariert. Mithilfe der Kapazität-Spannung-Messung (CV-Messung) wurde die Dotierung jeder Schicht in den Zellen eingestellt. Die Kontrolle der Gitteranpassung der InGaP-Schicht auf dem GaAs-Substrat erfolgte mittels der Röntgenbeugungsmessung (XRD-Messung). Die angefertigten Zellen wurden mit der Strom-Spannung-Messung (I-U- Messung) und Quanteneffizienz-Messung (QE-Messung) charakterisiert und verglichen. Nach der Simulation ist die GaAs-Solarzelle mit p-n-Heteroübergang wegen des großen Kurzschlussstroms, der hohen Quanteneffizienz und des hohen Wirkungsgrads die beste Solarzellenstruktur. Ein möglicher Grund dafür ist die große Bandlücke der InGaP-Schicht, da hier nicht viel Licht absorbiert wird und somit nicht so viele Ladungsträger erzeugt werden können. In dieser Zellenstruktur soll der Anteil der nichtstrahlenden Rekombination in der Nähe des p-n-Übergangs kleiner als bei der herkömmlichen Solarzelle sein. Außerdem werden bei der Solarzelle mit p-n-Heteroübergang der Kurzschlussstrom und die Quanteneffizienz aufgrund der Diffusionslänge der Löcher nicht reduziert, wie es bei der Solarzelle mit hinterem p-n-Übergang der Fall ist. Bezüglich der Charakterisierung der gewachsenen Solarzellen hat die Solarzelle mit hinterem p-n-Übergang trotz des niedrigen Kurzschlussstroms und der geringen Quanteneffizienz eine hohe Leerlaufspannung, einen großen Füllfaktor und einen hohen Wirkungsgrad im Vergleich zu der herkömmlichen Solarzelle. Der niedrige Kurzschlussstrom und die geringe Quanteneffizienz resultieren aus der niedrigen Diffusionslänge der Löcher. Die Reduktion der nichtstrahlenden Rekombination durch diesen Zellentyp, was den Dunkelstrom und den Idealitätsfaktor verringert, ist ein Grund für die hohe Leerlaufspannung und den großen Füllfaktor dieses Zellentyps.