Wirkungsweise und Technologie von Solarzellen (Wintersemester 2025/2026)

Aus der „Vogelperspektive“ gesehen sollen die Studierenden vor allem etwas von der Faszination der Photovoltaik (PV-)-Technologie mitnehmen: trotz dass PV bereits vielerorts die preiswerteste und damit perspektivisch wichtigste Energie-Konversionsform ist, ist sie immer noch ein aktives Forschungsgebiet mit hochaktuellen Innovationen und vielen spannenden, offenen Forschungsfragen. Viele engagierte Menschen haben diese Form der Halbleitertechnologie unter anderen Rahmenbedingungen – insbesondere Kostenoptimierung ohne Abstriche in der Perfomance – entwickelt, als sie Mikroelektronik vorherrschen, und sind auf nicht minder kreative Lösungen gekommen. Und diese Entwicklung ist noch lange nicht am Ende – weder in Bezug auf Performance/Kosten/Haltbarkeit, noch in Bezug auf Fragestellungen der Nachhaltigkeit oder Integration von PV in Spezialanwendungen. Dieses Wissen soll die Studierenden auch zur Einordnung der PV in Energiepolitische Diskussionen befähigen.

Fachlich sollen die die Studierenden vertieftes grundlegendes Verständnis der Funktionsweise von Solarzellen, deren Herstellungstechnologie sowie von theoretisch und real auftretenden Verlustmechanismen in Solarzellen erlangen. Dies wird zunächst anhand der dominierenden, auf kristallinem Silizium basierenden PV-Technologie erläutert, deren relevanteste Vertreter „PERC“ und „TOPCon“ im Detail besprochen werden. Nach der Behandlung von Wirkungsgrad-Grenzen von Solarzellen aus nur einem Material werden mit Tandemsolarzellen und hier insbesondere den Perowskiten als wahrscheinlichster „Tandempartner“ für das Silizium die aktuellsten Forschungs- und Entwicklungsthemen besprochen.

Die Vorlesung fokussiert sich auf die Halbleitertechnologie und Bauelemente-Physik von Solarzellen. Sie ist damit komplementär zu einer anderen Vorlesung an der Fakultät von Dr. Gerhard Kleiss, die, auf das Wissen um Solarzellen aufbauend, sich stärker mit der Systemauslegung bzw. Systemintegration von Photovoltaik beschäftigt.