Kontrolle von Spannungsrelaxation und Defektbildung in metamorphen III-V Halbleiterheterostrukturen für hocheffiziente Solarzellen

Die hier vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Weiterentwicklung von monolithischen III-V Mehrfach­solarzellen mit drei pn-Übergängen für die Anwendung in konzentrierenden Photovoltaik­systemen. Diese Tripelsolarzellen bestehen aus einer GaInP-Oberzelle, einer GaInAs-Mittelzelle und einer Ger­manium-Unter­zelle, die mittels elektrisch leitender und optisch transparenter Tunneldioden verbunden sind. Derartige Solarzellen erzielen mittlerweile Rekord­wirkungs­grade von mehr als 40 % unter konzentriertem Licht. Bei den III-V Hoch­effizienz­solar­zellen sind die An­forderungen an die Materialqualität außerordentlich hoch. Insbesondere bei der metamorphen Tripelsolar­zelle, bei der Verbindungs­halbleiter mit unterschiedlichen Atom­abständen epitaktisch aufeinander ab­ge­schieden werden, treten Kristall­defekte auf, die die Leistungs­fähigkeit der Solar­zelle sehr stark beein­trächtigen können. Durch Anwendung geeigneter Schichtwachstums­konzepte können die Bildung der Kristall­defekte manipuliert und deren Einfluss auf die Effizienz einer Solarzelle minimiert werden. Die konventionelle sowie die hochauflösende Transmissionselektronen­mikroskopie (TEM und HRTEM) und die hochauflösende Röntgenbeugung (HRXRD) haben sich als erfolgreich erwiesen, die Bildung von Defekten sowie die auftretenden Schichtspannungen zu unter­suchen. Im Rahmen dieser Arbeit konnte unter Anwendung dieser Methoden eine hocheffiziente Tripelsolarzelle mit einem Weltrekordwirkungsgrad von 41.1 % unter konzentriertem Licht entwickelt werden.