III-V-Materialentwicklung und -Epitaxie

Wir entwickeln Epitaxieprozesse und Materialien auf der Basis von III‑V-Halbleiterverbindungen für verschiedene Anwendungen.

Für die Schichtherstellung stehen uns zwei moderne Reaktoren zur metallorganischen Gasphasenepitaxie (MOVPE engl. metal organic vapor phase epitaxy) im Industriemaßstab zur Verfügung:

  • Ein AIX2800 G4-TM-Reaktor mit 8x6-Zoll-Konfiguration
  • Ein CRIUS Showerhead-Reaktor für 7x4-Zoll oder 1x300 mm -Substrate

 

Zur Materialcharakterisierung steht uns eine Vielzahl von Methoden zur Verfügung:

  • Elektrochemische Kapazitäts-Spannungs (ECV)-Messungen
  • Spektral- und ortsaufgelöste Photolumineszenz (PL)
  • Elektrolumineszenz (EL)
  • Kathodolumineszenz (CL)
  • Röntgenbeugung (XRD)
  • Nomarski-Differentialinterferenzkontrast (DIC)-Mikroskopie
  • Candela-Oberflächeninspektion
  • Reflexions-Anisotropie-Spektroskopie (RAS)
  • Rasterelektronenmikroskopie (REM)
  • Deep-level Transient Spectroscopy (DLTS)
  • Elektronenstrahlinduzierter Strom (electron beam induced current, EBIC)-Messungen
  • Elektronenkanal-Kontrast-Bildgebung (electron channeling contrast imaging, ECCI)
  • Infrarot-Fourier-Spektroskopie
  • Rasterkraftmikroskopie (atomic force microscopy, AFM)
  • Hall-Van-der-Pauw-Messungen

Unsere FuE-Leistungen zum Thema »III-V-Materialentwicklung und -Epitaxie« umfassen:

  • Monolithisches Wachstum von Solarzellen mit bis zu sechs übereinander gestapelten Teilzellen
  • Anpassung der Zellen an spezifische Einsatzbedingungen (Spektrum, Intensität, Temperatur)
  • Entwicklung und Optimierung von III‑V-Absorbermaterialien, wie
    • AlGaAs, AlGaInP, GaAsP, GaInAs, GaInAsP, sowie GaInNAs auf GaAs oder Ge -Substraten
    • InGaAs, InGaAsP auf InP -Substraten
  • Entwicklung spannungskompensierter Multi-Quantum-Well-Materialien
  • Ultra-schnelle Epitaxieprozesse mit Wachstumsraten >100 µm/h
  • Direktes Wachstum von III‑V-Halbleitern auf Silizium-Substraten für die Entwicklung von III‑V-Silizium-Tandem-Solarzellen
  • Entwicklung von metamorphen Pufferstrukturen und Engineered Substrates mit angepasster Gitterkonstante

FuE-Infrastruktur

Für unsere Forschungs- und Entwicklungstätigkeiten steht uns am Fraunhofer ISE diese Infrastruktur zur Verfügung:

 

Zentrum für höchsteffiziente Solarzellen

Auf mehr als 1000 m² modernstem Reinraum und Laborfläche testen und optimieren wir fortschrittliche PV-Technologien. Innovative Prozesse und Technologien werden in diesem Zentrum für den künftigen Einsatz in der Industrie erforscht, u.a. nasschemische Verfahren, Foto- und Laserlithographie, Nanoimprint-Labor, Aufdampfen von Metallen und Dielektrika.

 

CalLab PV Cells

Das akkreditierte Kalibrierlabor CalLab PV Cells am Fraunhofer ISE bietet hochpräzise, reproduzierbare Kalibrierungen und Messungen aller Solarzellentypen nach internationalen Standards, zum Beispiel, spektrale Empfindlichkeit/Quanteneffizienz, Reflexion, Strom-Spannungs-Messungen insbesondere auch unter variablen Spektren und Intensitäten, verschiedene Breitband- und Laser-Lichtquellen sowie Filter verfügbar.

 

Concentrator Technology Evaluation Center Con-TEC

Im Con-TEC stehen vielfältige Aufbau- und Verbindungstechnologien für die Entwicklung und den Aufbau von kundenangepassten Modulen und Packages zur Verfügung. Wir testen Komponenten und Produktionsprozesse mit Schwerpunkten auf Zuverlässigkeit und Materialanalytik. Wir entwickeln Prototypen und fertigen Kleinserien, um neue Komponenten, Designs und Prozesse zu evaluieren. 

 

Lab Strukturierung und Photonik

Wir erarbeiten Lösungen basierend auf Mikro- und Nanostrukturen für Solarzellen und andere photovoltaische Bauelemente wie zum Beispiel Photovoltaikzellen zur Übertragung von Leistung mittels Laserlicht, aber auch für verwandte Bauelemente, wie z.B. LEDs. 

Ausgewählte Forschungsprojekte

 

50 Prozent

Monolithische III‑V-Mehrfachsolarzellen mit über 50 % Wirkungsgrad unter konzentrierter Einstrahlung

 

micro-CPV

Entwicklung eines hochkonzentrierenden CPV-Moduls auf Basis modernster Micro-Fertigungstechnologie

 

H2Demo

Entwicklung von Demonstratoren zur direkten solaren Wasserspaltung

 

HIPERION

Hybrid-Photovoltaik für Effizienzrekord durch integrierte optische Technologie

 

QuintuMod

Entwicklung eines kostengünstigen und gleichzeitig hocheffizienten Solarmoduls unter Verwendung einer 5fach-Stapelsolarzelle

 

HyCon

Solare Wasserstofferzeugung mit einem HyCon-System

 

PoTaSi

Demonstration des Potentials von monolithischen Tandemsolarzellen aus III‑V-Halbleitern und Silizium