Entwicklung von hochbandlückigem AlGaInP Absorbermaterial für die oberste Teilsolarzelle
Aktuell besteht das Absorbermaterial der obersten Teilzelle der Vierfachsolarzelle aus Gallium Indium Phosphid (GaInP), welches eine Bandlücke von 1,90 eV aufweist. Somit ist diese Zelle in der Lage, Licht bis zu einer Wellenlänge von 650 nm (rot) in elektrische Energie umzuwandeln.
Die optimale Bandlücke der obersten Teilzelle in einer Vierfachzelle beträgt aber ca. 1,95 eV und kann mit Aluminium Gallium Indium Phosphid (AlGaInP) mit ca. 4% Al realisiert werden. Je höher der Al Gehalt in AlGaInP, desto höher wird auch die Bandlücke und damit die erreichbare Leerlaufspannung (Voc). Für eine maximale Effizienz ist eine hohe Leerlaufspannung wichtig.
Doch je mehr Gallium in AlGaInP durch Aluminium ersetzt wird, desto mehr Defekte können im Kristall entstehen, welche sich durch eine geringere Lumineszenz (strahlende Rekombination) und einen geringeren Voc zeigen. Um diese Defekte zu minimieren, wurden für AlGaInP die Wachstumsparameter nun so weit optimiert, dann dieses Materialsystem erstmals einen Spannungsgewinn von 40 mV verspricht bei dem Einsatz in einer Vierfachsolarzelle.
Für eine Sechsfachsolarzelle müsste die Bandlücke noch etwas weiter erhöht werden (>2,00 eV), was einen Al-Gehalt in AlGaInP von 8% Al entspricht. Hier gilt weiterhin, dass die Defektdichte mit steigendem Al Gehalt zunimmt und neue Wachstumsbedingungen gefunden werden müssen. Erste Wachstumsversuche von Zellen mit Bandlücken bis zu 2,10 eV waren erfolgreich.
Wird eine solche AlGaInP Zelle durch Strom angeregt, beginnt diese je nach Bandlücke in unterschiedlichen Farben zu leuchten, sie fungiert als LED. Je höher die Bandlücke des Materials, desto kleiner die Wellenlänge des emittierten Lichts. Die resultierende Farbveränderung wird in dem Artikelbild sehr schön gezeigt, in welchem sich die ausgestrahlte Farbe der Zellen von Rot (1,90 eV GaInP) über Orange (2,00 eV AlGaInP) bis hin zu Gelb (2,10 eV AlGaInP) ändert.
Für mehr Informationen: Arbeitspaket 1.