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Martin Bivour

Martin Bivour

hat im Juli 2008 das Masterstudium „Regenerative Energiesysteme“ an der Fachhochschule für Technik und Wirtschaft Berlin sehr erfolgreich abgeschlossen. Schon im Bachelorstudium schlug Herr Bivour sehr zielgerichtet den Weg hin zur Photovoltaik ein. Seine sehr gute Bachelorarbeit („Lebensdauerbestimmung an multikristallinen Silizium as-cut Wafern und Korrelation mit dem Kurzschlussstrom der Solarzelle“) erfolgte in Zusammenarbeit mit der Q-Cells AG und dem Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie. Auch seine Masterarbeit („Realisierung eines neuartigen Kontaktsystems für rückseitig kontaktierte amorph/kristalline Silizium - Heterosolarzellen“) hat er am Helmholtz-Zentrum Berlin geschrieben, hier gelang es ihm ein neuartiges Solarzellenkonzept zu evaluieren. Durch zahlreiche Praktika, unter anderem am Institute of Energy Conversion in Newark, Delaware in den USA, konnte er bereits während des Studiums sehr wertvolle Kenntnisse und Kontakte in wichtigen Forschungseinrichtungen im Bereich der Solarzellenforschung sammeln. Über sein Engagement im Studium hinaus konnte er durch eine aktive Teilnahme an Seminaren und Konferenzen weitere wertvolle Fähigkeiten und Kenntnisse gewinnen.

Kurzinformation zur Dissertation

Zur Wandlung von Strahlungsenergie in elektrische Energie werden die im Absorber einer Solarzelle photogenerierten Ladungsträger, Elektronen und Löcher, über selektive Kontakte voneinander getrennt. Werden diese Elektronen- (negativen) und Löcherkontakte (positiven) der Solarzelle über einem externen Verbraucher verbunden, können Elektronen und Löcher sich wieder vereinen (rekombinieren) und dabei elektrische Arbeit verrichten. Ein Teil der photogenerierten Ladungsträger wird jedoch schon vor dem erreichen des externen Stromkreises im Absorbervolumen, an dessen Grenzflächen und in den selektiven Kontakten rekombinieren. Dies beeinflusst den Wirkungsgrad der Solarzelle negativ.
Im Rahmen dieser Arbeit soll für Silizium Solarzellen mit multikristallinem Absorber insbesondere diese Verlustmechanismen untersucht und verringert werden. Dies soll durch die Kombination eines effektives Defect Engineerings an multikristallinen Absorber (Senkung der Rekombinationsverluste im Absorbervolumen) und die Ausbildung der selektiven Kontakte als Heterokontakte (Senkung der Rekombinationsverluste an den Grenzflächen und in den selektiven Kontakten)  realisiert werden.
Die Verwendung von Heterokontakten bietet zum Einen die Möglichkeit die Prozesse zur Formation der selektiven Kontakte von dem/denen des Defect Engineerings zu entkoppeln. Beide Prozesse, die maßgeblich für die Leistungsfähigkeit der Solarzelle sind, können somit unabhängig von einander optimiert werden. Dies wird ermöglicht, da bei diesem Ansatz die Prozesstemperaturen zur Ausbildung der selektiven Kontakte weit unter denen des Defect Engineerings liegen. Eine  thermisch induzierte Degradation der durch das Defect Engineering aufgewerteten elektronischen Qualität des Absorbers durch die Prozesse zur Formation der selektiven Kontakte kann somit unterbunden werden. Dies stellt die Vorraussetzung zum erziehlen geringer Rekombinationsverluste im Absorbervolumen dar.

Zum Anderen bietet die Verwendung von Heterokontakten das Potential die Rekombinationsverluste an den Grenzflächen des Absorbers und in den selektiven Kontakten zu reduzieren ohne dabei aufwendige Strukturieurngsmaßnahmen bei der Fertigung der Solarzelle einzusetzen.
Die selektiven Kontakte zur Trennung der im Absorber photogenerierten Elektronen und Löcher werden bei Solarzellen mit Silizium Absorbern typischerweise über Homokontakte ausgeprägt. Dazu werden in den Absorber oberflächennah, i.d.R über Hochtemperaturschritte, Akzeptor- bzw. Donatoratome eingebaut. Die relativ hohen Rekombinationsverluste dieser selektiven Kontakte bedingen das zum Erreichen hoher Solarzellenwirkungsgrade der Volumen-/Flächenanteil dieser Kontakte an dem/der Gesamtvolumen/-fläche des Absorbers gering sein muss. Dies wird durch einen zwei- bzw. dreidimensionalen Aufbau der Solarzelle realisiert, es gibt also Bereiche mit und ohne selektive Kontakte. Bei der Herstellung der Solarzelle erfordert dies aufwendige Strukturierungsmaßnahmen und führt zu einem erhöhten Fertigungsaufwand. Der zwei- bzw. dreidimensionalen Ladungsträgertransport kann sich zudem limitierend auf die Leistungsfähigkeit der Solarzelle auswirken. Zur Formation der selektiven Kontakte sollen hier mittels PECVD (Plasma Enhanced Chemical Vapour Deposition) sehr dünne Schichtsysteme aus dotierten und nicht dotierten amorphen, nano- oder mikrokristallin Silizium auf die Absorberoberflächen abgeschieden werden. Anders als bei Homokontakten, kann mit diesen Schichtsystemen neben dem selektiven Ladungsträgertransport zugleich eine hervorragende Passivierung (Hemmung der Rekombination) der Absorbergrenzflächen realisieren werden. Die Rekombinationsverluste an den Grenzflächen und in den selektiven Kontakten lassen sich auf diesem Wege so stark verringern, dass für Siliziumsolarzellen mit monokristallinem Absorber, die höchsten Leerlaufspannungen (740mV) erreicht werden. Die hohe Qualität dieser selektiven Kontakte erlaubt daher das Erreichen hoher Wirkungsgrade bei einem eindimensionalen Aufbau der Solarzelle.
Die erfolgreiche Übertragung dieser Technologie auf Solarzellen mit multikristallinem Absorber stellt den wesentlichen Bestandteil dieser Arbeit dar.