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Arbeitsgruppe Photovoltaische Systeme

Die Entwicklung, Herstellung und Charakterisierung von Halbleiter- Schichten und -Nanostrukturen insbesondere auf der Basis von Silizium und transparenten leitfähigen Oxiden für neuartige Bauelemente wie optische Sensoren und Solarzellen auf den verschiedensten Trägermaterialien kennzeichnet das Profil der Arbeitsgruppe.

Forschungsziel

Ziel ist die Entwicklung und die Anwendung skalierbarer Technologien zur Herstellung und Modifikation von neuartigen Halbleiter-Schichten und -Schichtsystemen u.a. mit nanostrukturierten Oberflächen  für ein breites Anwendungsspektrum insbesondere in Medizin- und Umwelttechnik. Basis ist ein breites Spektrum von Beschichtungsverfahren wie CVD, PECVD, Elektronenstrahl-Bedampfung, Sputtertechniken und  ALD sowie Tauchtechniken für Silizium-Tinten. Kombiniert mit Laserverfahren und nasschemischen Ätzverfahren werden Schicht-Strukturen und –Systeme sowie Schichtoberflächen mit besonderen Eigenschaften für sensorische Anwendungen sowie Energieerzeugung und –Speicherung erhalten.

Forschungsthemen

Forschungsthemen sind u.a. multikristalline Silizium-Dünnschichtsolarzellen auf der Basis laserkristallisierter Schichten mit nanostrukturierten Oberflächen, PV-Chips zur Detektion von Bio-Reaktionen sowie Umweltparametern und für Sicherheitsanwendungen, neuartige Silizium-Nanodraht basierte optische Sensoren mit hoher örtlicher Auflösung für Kamera-Systeme der nächsten Generation, Hochleistungsbatterie-Elektroden auf der Basis von geätzten Nanodrähten in Silizium-Schichten sowie Smarte Textilien mit Energy-Harvesting-Funktionen.

 

Ziel der Arbeiten zu multikristallinen Silizium-Dünnschichtsolarzellen ist es hochwertiges Silizium-Material auf kostengünstigen Substraten wie Glas herzustellen, was auf Grund der notwendigen Prozesstemperatur von mehr als 1400°C nur durch einen Laserschmelzprozess gelingt, und daraus Solarzellen mit vergleichbaren Wirkungsgraden wie dem der marktdominierenden multikristallinen Silizium-Wafer-Zellen zu präparieren. Unterstützend wirken dabei in die Oberfläche geätzte Nanostrukturen, die eine effektive Lichtabsorption ermöglichen.
Derartige Schichten, aufgebracht auf Metallfolie, können zukünftig auch als Elektroden in Li-Ionen-Batterien zu einer Erhöhung der Ladekapazität gegenüber Graphit- basierten Elektroden um eine Größenordnung führen. Arrays aus Silizium-Nanowires mit funktionalen Oberflächen durch aufgebrachte hochdotierte Halbleiterschichten lassen sich je nach Ausführung als Hochleistungsbildsensoren (für Licht, Röntgen- und Gammastrahlung) oder Partikeldetektoren einsetzen. Anvisierte Einsatzbereiche sind die Grundlagenforschung, Hochenergiephysik, Lebenswissenschaften und Kameras der nächsten Generation.
Die Arbeiten zu den PV-Chips, basierend auf a-Si:H-Schichtsystemen, zielen auf eine kostengünstige energieautarke Detektion z.B. von Biomolekül-Interaktionen bzw. schädlichen Umweltgasen. Dabei werden Transparenzänderungen in den Reaktionsschichten und damit Änderungen in der Beleuchtung der PV-Schichten zur Detektion genutzt.
Bei der Entwicklung Smarter Textilien liegt der Fokus auf der Beschichtung mit energieerzeugenden photovoltaischen oder thermoelektrischen Schichten z. T. mit neuen Funktionen zur Anwendung im Sicherheitstechnikbereich.

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