Forschungsprojekte – Institut für Materialien und Bauelemente der Elektronik

Cost-efficient High-throughput Ion-Implantation for Photovoltaics - CHIP

Im Rahmen des Verbundprojekts CHIP soll die Technologie der Ionen-Implantation und deren Anwendbarkeit für die Herstellung von kristallinen Siliziumsolarzellen untersucht werden. Hierzu werden zusammen mit dem Projektpartner ISFH hocheffiziente PERT-Solarzellen (Passivated Emitter and Rear Totally Doped) auf monokristallinen n-Typ Wafern hergestellt, bei denen mittels Ionen-Implantation die Vorderseite lokal selektiv p-hochdotiert und die Rückseite selektiv n-hochdotiert ist. Als Dotierstoffe werden dabei Phosphor und Arsen für die n-Hochdotierung und Bor für die p-Hochdotierung in unterschiedlichen Zusammensetzungen untersucht. Der für die Ausheilung der durch die Ionen-Implantation hervorgerufenen Schädigungen notwendige Temperaturschritt ist ein damit eng verbundenes Untersuchungsziel des Projekts. Hier soll ein Prozess gefunden werden, welcher beide Dotiertypen gleichzeitig ausheilen kann. Dazu werden verschiedene Temperaturprozesse miteinander verglichen, welche sich hauptsächlich in Dauer und Temperaturverlauf unterschieden.

Leitung: J. Krügener

Team: A. Klatt, M. Jestremski

Jahr: 2012

Förderung: Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi)

Laufzeit: Juli 2012 - Juni 2015

Optionen zur Realisierung von Si-Solarzellen mit Effizienzen über 26%

Im Rahmen des „26+“-Projekts sollen „Leuchtturmeffizienzen“ von über 26% erreicht werden. Aktuell wäre dies ein neuer Wirkungsgradrekord für Si-Solarzellen mit nur einem pn-Übergang. Während der Projektlaufzeit sollen „Schlüsselschritte“ in der Prozesssequenz mit industrierelevanten Verfahren realisiert werden, so dass die deutsche PV-Industrie zeitnah von dem in „26+“ generierten Wissen profitieren kann.

Leitung: J. Krügener

Jahr: 2015

Förderung: Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi)

Laufzeit: 01.07.2015 - 31.12.2018

Smart formation of poly/mono-crystalline Si junctions using local doping techniques - POLO

Ein vielversprechender, in der Mikroelektronik bereits etablierter Ansatz zur Minimierung der Kontaktrekombination ist die Nutzung von Übergängen aus Nanometer-dünnem Siliziumdioxid das mit einer Schicht aus Polysilizium (poly-Si) gedeckelt ist. Diese Übergänge haben gleichzeitig sehr niedrige spezifische Kontaktwiderstände, so dass auch Widerstandsverluste minimiert werden. Die Herausforderung bei der Übertragung der poly-Si/c-Si-Technologie auf die Photovoltaik ist die Integration in einen schlanken Prozessfluss. Da das poly-Si auf Zellvorder- und Rückseite unterschiedlich (p- bzw. n-Typ) dotiert werden muss, ist eine Methode zur einseitigen Beschichtung mit in situ dotiertem poly-Si bzw. zur einseitigen Dotierung von intrinsischen poly-Si Schichten notwendig. Die Evaluation von drei vielversprechenden Ansätzen hierfür ist Kern des POLO-Projektes, das gemeinsam mit dem ISFH und der centrotherm photovoltaics AG, sowie der Roth und Rau AG als assoziiertem Partner durchgeführt wird. Dabei sollen Wirkungsgrade >23% auf industrietypischen Solarzellen erreicht werden.

Leitung: J. Krügener

Team: T. Wietler, D. Tetzlaff

Jahr: 2015

Förderung: Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi)

Laufzeit: August 2014 - Juli 2017

Korrelation von kristalliner Anordnung, elektrischen Eigenschaften und Ladungstransport in epitaktischen Gadoliniumoxid/Si(001) – Heterostrukturen für MOS- Anwendungen

Im Rahmen dieses Projektes sollen Gd2O3 – Schichten auf für die Halbleiterindustrie relevanten Si(001)-Substraten unter unterschiedlichen Bedingungen gewachsen werden. Im Fokus stehen hier die Modifizierung der Kristallstruktur durch Variation der Wachstumsbedingungen: Temperatur, chemisches Potential des Sauerstoffs (Sauerstoffpartialdruck), Schichtdicke, Wachstumsrate, Fehlschnitt der Substrate und Si-Oberflächenpräparation. Anschließend sollen diese Schichten strukturell und morphologisch mit Röntgen- und Elektronenbeugungsmethoden und der Rasterkraft- und Elektronenmikroskopie charakterisiert werden.

Leitung: A. Fissel

Team: P. Gribisch

Jahr: 2017

Förderung: Minna-James-Heineman-Stiftung

Laufzeit: 01.10.2017 - 30.11.2020

Einsatz von hocheffizienten Solarzellen in elektrisch betriebenen Nutzfahrzeugen - Optimierung des transienten Schaltverhaltens von Zellen mit integrierten Bypassdioden

Obwohl Vehicle-Integrated Photovoltaic (VIPV) kein neues Forschungsfeld ist und für Verbrennungsmotor-betriebene Fahrzeuge schon evaluiert wurde, gewinnt es durch die steigende Bedeutung von Elektromobilität, das im Pariser Klimaabkommen vereinbarte Ziel einer CO2-Einsparung von 40% bis 2020 (gegenüber 1990), sowie durch die fortschreitende Preisreduktion in der Photovoltaik ein völlig neues Momentum. Gerade für Lieferfahrzeuge, die in derzeit Feinstaub-geplagten Innenstädten unterwegs sind, eine große Dachfläche aufweisen und ein Fahrprofil mit vielen Standzeiten absolvieren, kann die photovoltaische Energiekonversion einen signifikanten Anteil der benötigen Energie bereitstellen.

Leitung: Prof. R. Peibst

Team: G. Wetzel, R. Zieseniß

Jahr: 2018

Förderung: Bundesministerium für Wirtschaft und Energie

Laufzeit: 01.08.2018 - 31.07.2021

Strukturelle und elektrische Bewertung der Wirkung von Kohlenstoff-Deltaschichten zur Defektreduktion bei der Epitaxie von dünnen, relaxierten Germaniumschichten auf Siliziumsubstraten

Ziel des Forschungsvorhabens ist es, die dem Blockieren der Defekte zu Grunde liegenden Mechanismen zu untersuchen und zu verstehen. Weiterhin soll untersucht werden, wie sich die Defekte minimieren lassen. Hierzu ist es geplant mit systematischer Variationen von Kohlenstoffgehalt und der Anzahl und relativen Lage der Deltaschichten die Defektdichte zu minimieren. Für die mögliche Anwendung in Bauelementen sind die elektrischen Eigenschaften entscheidend. Daher sollen die elektrischen Eigenschaften der defektreduzierten Schichten, insbesondere ein möglicher Einfluss des Kohlenstoffs, in verschiedenen Bauelementtypen untersucht werden.

Leitung: H. J. Osten

Team: Y. Barnscheidt

Jahr: 2018

Förderung: Deutsche Forschungsgemeinschaft Bild Strukturelle und elektrische Bewertung der Wirkung von Kohlenstoff-Deltaschichten zur Defektreduktion bei der Epitaxie von dünnen, relaxierten Germaniumschichten auf Siliziumsubstraten

Laufzeit: 01.03.2018 - 28.02.2021

Herstellung epitaktischer Heterostrukturen auf Silizium

Das Ziel dieses Projekts ist nun die Zusammenführung vorangegangener Untersuchungen am Institut für die Integration verschiedener Materialien auf Si(111) Substraten, um ein kristallines High-K Material auf einem verspannten Kanalmaterial zu erhalten. Zu diesem Zweck werden virtuelle germaniumreiche Si1-xGex Substrate hergestellt und analysiert. Die virtuellen Substrate müssen möglichst dünn und glatt sein und zudem eine geringe Defektdichte aufweisen, was für germaniumreiche Si1-xGex Schichten auf Si(111) eine Herausforderung darstellt. Die Eigenschaften der virtuellen Substrate sollen somit über die Wachstumsbedingungen der am Institut entwickelten Kohlenstoff-unterstützten Epitaxie optimiert werden. Anschließend kann über den Germanium-Gehalt des virtuellen Substrats die Verspannung einer weiteren Germaniumschicht eingestellt werden. Diese Ge-Schicht soll ebenfalls strukturell und hinsichtlich der Ladungsträgerbeweglichkeit analysiert werden. Zuletzt soll das Wachstum von zuvor am Institut auf Silizium untersuchten binären und ternären Seltenen Erden Oxiden auf den verspannten Ge-Schichten etabliert werden. Diese sollen ebenfalls hinsichtlich ihrer Kristallstruktur und elektrischen Eigenschaften charakterisiert werden. Zudem soll der zusätzliche Einfluss des Oxids auf die Verspannung der Ge-Schicht untersucht werden, indem die Zusammensetzung der ternären Seltenen Erden Oxide variiert wird.

Leitung: H. J. Osten

Team: H. Genath

Jahr: 2019

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