Forschungsprojekte

Nano-III/V-pin’s - Nanoskalige III-V / Silizium Heterostrukturen für hocheffiziente Solarzellen

Nanodrahtwachstum für die Strom-Licht Wechselwirkung


Scientists: Andrey Lysov, Christoph Gutsche, Claudia Speich, Werner Prost


Das höchst gitterfehlangepasste Wachstum von Halbleiter Heterostrukturen in Nanodrähten öffnet den Weg zu neuen Anwendungen des großen Oberfläche-zu-Volumenverhältnisses und es ermöglicht völlig neue Materialeigenschaften durch das Engineering der Verspannung. Apparativ bietet sich eine große Fülle von Methoden zur Herstellung hoch qualitativer Nanodrähte an und Bauelemente und Anwendungen stehen in vielen Bereichen an der Schwelle zur wirtschaftlichen Verwendung.

Im Bereich der III/V- Halbleiterheterostrukturen hat die Nutzung der Licht-Strom-Wechselwirkung mittels der Nanodrähte für Lichtemitter [1] und Solarzellen [2-3] die Nanometerskala erreicht. Dieser Beitrag wird die Herausforderungen und Entwicklungstendenzen von GaAs-basierten Nanodrähten vorstellen, die mittels des Vapor-Liquid-Solid (VLS) Wachstumsmodus in der MOVPE gezüchtet werden. Im Vortrag werden photovoltaische Anwendungen sowie die Nutzung der Nanodrähte als Wellenleiter und Resonator vor dem Hintergrund epitaktischer Herausforderungen diskutiert.

GaAs ist eines der wenigen Halbleiter, die im VLS Modus hoch n- und p-dotierbar sind, so dass axiale wie koaxiale pn-Übergänge für optoelektronische Bauelemente gefertigt werden können. In Abb. 1 ist die lateral hochaufgelöste photovoltaische Analyse einer Kern-Mantel Solarzelle aufgezeigt. Diese Nanodrahtzelle ermöglicht eine effiziente Wandlung für Konzentrationsverhältnisse von weit mehr 1000-Sonnen. Das Verhältnis zwischen Gewicht der Zelle zur erzeugter elektrischen Leistung hat bisher unerreichbare Marken erreicht, die es in Anwendungen umzusetzen gilt.

Abb. 1. Messplatz zur hoch-lokalen Einzeldraht PV Analyse und b) Kurzschlussstrom-Mapping einer Kern-Hülle Nanodrahtzelle in Überlagerung der REM Aufnahme. (Messbalken 2 µm) [2].

References

  1. A. Lysov, M. Offer, C. Gutsche, I. Regolin, S. Topaloglu, M. Geller, W. Prost, FJ. Tegude;
    Nanotechnology 22, p. 085702, 2011.
  2. C Gutsche, A Lysov, D Braam, I Regolin, G Keller, Z-A Li, M Geller, M Spasova, W Prost, F-J Tegude;
    Adv. Funct. Mater. 2012, 22, 929–936.
  3. J. Wallentin, N. Anttu, D. Asoli, M. Huffman, I. Åberg, M. H. Magnusson, G. Siefer, P. Fuss-Kailuweit, F. Dimroth, B. Witzigmann, H. Q. Xu, L. Samuelson, K. Deppert, M. T. Borgström,
    Science 339(6123) pp. 1057-1060, 2013.

Partner

  • Prof. Roland Schmechel, Dr. Niels Benson, University Duisburg-Essen
  • Prof. Thomas Hannappel, Prof. Dr. Gerhard Gobsch Technische Universität Ilmenau, Sprecher
  • Dr. Gerhard Strobl, Dr. Victor Khorenko: SPACE Solar Power GmbH Heilbronn
  • Dr. Klaus Ettrich, CiS Forschungsinstitut für Mikrosensorik und Photovoltaik GmbH, Erfurt
  • Dr. Rainer Eichberger, Dr. Klaus Schwarzburg: Helmholtz-Zentrum Berlin
  • Prof. Dr. Andreas Knorr: Technische Universität Berlin
  • Prof. Dr. W. Ted Masselink: Humboldt-Universität zu Berlin

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