Hocheffiziente III-V-Mehrfachsolarzellen auf Silicium-Substrat

Mehrfachsolarzellen aus monokristallinen III-V-Halbleitern erreichen derzeit die höchste Umwandlungseffizienz von Sonnenlicht in elektrische Energie. Dreifachsolarzellen auf Germanium Substrat mit einer gitterangepassten Galliumindimphosphid/Galliumarsenid/Germanium-Materialkombination gelten als eines der erfolgreichsten Konzepte. Germanium ist dabei ein teures Substratmaterial mit geringem natürlichem Vorkommen. Silicium ist eine attraktive Alternative, da es etwa 10-mal günstiger als Germanium und praktisch unbegrenzt verfügbar ist. Das Wirkungsgradpotential einer Galliumindiumphosphid/Galliumarsenid/Silicium-Solarzelle liegt sogar noch etwas höher als beim Pendant auf Germanium. Die Herstellung dieser Solarzelle auf Silicium wird von zwei wesentlichen Herausforderungen begleitet, die zur Bildung unerwünschter Kristalldefekte führen kann: 1. der Übergang vom einatomigen Silicium zum zweiatomigen III-V-Halbleiter und 2. eine große Gitterkonstantendifferenz zwischen Silicium und Galliumarsenid. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Entwicklung und dem Verständnis von 1. Galliumphosphid-Nukleationsschichten auf Silicium und 2. metamorphen Pufferstrukturen aus Galliumarsenidphosphid und Galliumindiumphosphid. Die Herstellung erfolgte vollständig mittels Metallorganischer Gasphasenepitaxie und wurde von der Entwicklung geeigneter Methoden zur Materialanalytik (z. B. hochauflösende Röntgenbeugung) begleitet. Ziel der Arbeit war die Herstellung erster Galliumarsenid-Einfachsolarzellen und Galliumindiumphosphid/Galliumarsenid-Zweifachsolarzellen auf Silicium Substraten