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Angebotsdatum: 1. August 2017
Art der Stelle: Doktorarbeit
Fachgebiet: Physik > Halbleiterphysik
Titel des Themas: Entwicklung flüssigphasenkristallisierter Siliziumsolarzellen mittels plasmaunterstützter chemischer Gasphasenabscheidung (PECVD)

Institut: Institut für Energie- und Klimaforschung – Photovoltaik (IEK-5)
Adresse:
Dr. rer. nat. Maurice Nuys
Wilhelm-Johnen-Straße
52428 Jülich
Tel.: 02461-61-9733   Fax.:
Bundesland: Nordrhein-Westfalen
Homepage: http://www.fz-juelich.de/SharedDocs/Stellenangebote/_common/dipldok/d042-2017-iek-5.html?nn=718260
E-Mail Kontakt: mail

Beschreibung: Ausschreibendes Institut: IEK-5 - Photovoltaik
Kennziffer: D042/2017, Maschinenbau, Materialwissenschaften, Physik

Das Institut:
Am Institut für Energie- und Klimaforschung (IEK-5) - Photovoltaik werden neuartige Materialien sowie innovative Bauelementarchitekturen für die nachhaltige Photovoltaik auf der Basis dünner Schichten erforscht. Dabei werden einerseits die physikalischen Grundlagen der hauptsächlich ungeordneten Materialsysteme untersucht, etwa von amorphem und mikrokristallinem Silizium und deren Legierungen, organischen und hybriden Strukturen sowie von diversen funktionalen Oxiden. Andererseits werden zukunftsweisende technologische Anwendungen entwickelt, z.B. Passivier- und Kontaktschichten für Hocheffizienz-Silizium-Heterostruktursolarzellen sowie optimierte Silizium-Dünnschicht-Stapelzellen für Anwendungen im Bereich der solaren Wasserspaltung.

Aufgabengebiet:
In den letzten Jahren hat der Trend zur laserbasierten Prozessierung in der Industrie deutlich zugenommen, sodass der Laser aus vielen Bereichen der industriellen Fertigung nicht mehr wegzudenken ist. Grund hierfür sind die ausgezeichneten Eigenschaften moderner Laserquellen hinsichtlich Stabilität und Verfügbarkeit. Zudem bietet der Laser aus prozesstechnischer Sicht den Vorteil eines sowohl räumlichen als auch zeitlich sehr definierten Energieeintrages in das zu bearbeitende Werkstück. Der Trend des verstärkten Lasereinsatzes hat sich auch in der Photovoltaikindustrie durchgesetzt. So wird der Laser im Bereich kristalliner Solarzellen sowohl zum Herstellen von Kontaktgeometrien und Isolationsgräben als auch zur selektiven Diffusion von Dotierstoffen industriell eingesetzt. In der Dünnschicht-Photovoltaik wird er u. a. für die Herstellung der integrierten Serienverschaltung von Solarmodulen sowie zur Randentschichtung von Glassubstraten verwendet.

Im Rahmen eines Verbundprojektes wird von den Partnern Forschungszentrum Jülich, Helmholzzentrum Berlin und LIMO Lissotschenko Mikrooptik die s.g. LLPC Photovoltaiktechnologie (laser based liquid phase crystallization) für hoch-effiziente poly-Siliziumsolarzellen unter Kommerzialisierungsaspekten weiterentwickelt. LLPC birgt ein signifikantes Kosten- und Materialeinsparungspotential und nutzt zudem Prozesse der etablierten Silizium-Wafer Technologie. Um dieser Technologie den Durchbruch zu ermöglichen, werden in dem Projekt 3 Kernthemen bearbeitet: Erstens wird die Technologie auf größere Substratflächen aufskaliert, um eine industrienahe Umsetzbarkeit zu demonstrieren. Zweitens werden geeignete Zell- und Modulverschaltungskonzepte entwickelt, die das Potential der Technologie ausschöpfen. Zuletzt wird ein Transfer auf kostengünstige Kalk-Natron-Gläser durchgeführt, um die Substratkosten zu minimieren.

Die Aufgabe der hier ausgeschriebenen Promotionsarbeit ist insbesondere im ersten und dritten Themenkomplex angesiedelt. Auf das Glassubstrat werden mittels plasmaunterstützter chemischer Gasphasenabscheidung (plasma enhanced chemical vapor deposition, PECVD) eine Mehrzweck-Zwischenschicht (Siliziumoxid/-nitrid) sowie der Absorberpräkursor (amorphes hydrogeniertes Silizium, a-Si:H) deponiert. Unter Laserbeleuchtung wird der amorphe Silizium-Präkursor im Anschluss kristallisiert: Flüssigphasenkristallisationsprozess.

Aufbauend auf Vorarbeiten des Helmholtzzentrums Berlin sollen Siliziumoxid/-nitrid Mehrzweck-Zwischenschichten, der Absorberpräkursor (a-Si:H) und die Absorberschicht (polykristallines Silizium) entwickelt werden. Die Zwischenschicht verbessert die optische Einkopplung des Sonnenspektrums in die Solarzelle und dient als Diffusionsbarriere zwischen Glassubstrat und Absorberschicht. Zum anderen unterstützt die Zwischenschicht die Benetzung der Absorberschicht während des Kristallisationsprozesses und passiviert die Grenzfläche zur Absorberschicht.

Ziel der Doktorarbeit ist die Entwicklung und Optimierung der einzelnen Schichten, des Schichtstapels und der gesamten Bauelemente. Besonderes Augenmerk soll hierbei auf die Passivierung von Defekten zwischen Zwischen- und Absorberschicht gelegt werden. Das IEK-5 bietet hierfür eine umfangreiche Auswahl an Charakterisierungsmethoden, die für die Bearbeitung der vorliegenden Fragestellungen genutzt werden sollen. Unter anderem sollen Raman- und Infrarotspektroskopie Aufschluss über die Mikrostruktur der Schichten liefern. Die opto-elektronischen Eigenschaften sollen mittels Lumineszenz- sowie Photothermischer-Deflektionsspektroskopie (PDS) untersucht werden.

Schlussendlich soll im Rahmen der Arbeit der Transfer der Technologie auf kostengünstige Kalk-Natron-Gläser realisiert werden.

Anforderungen:

- erfolgreich abgeschlossene Hochschulstudium im Bereich Maschinenbau, Materialwissenschaften, Physik, oder Vergleichbarem
- gute Kenntnisse der Festkörper- und Halbleiterphysik, Vorkenntnisse auf dem Gebiet der Photovoltaik erwünscht
- Vorerfahrung mit plasmaunterstützter chemischer Gasphasenabscheidung (Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition (PECVD)) erwünscht
- strukturierte Arbeitsweise, schnelle Auffassungsgabe, Erfahrungen mit Laborarbeit erwünscht
- aufgrund der Vielseitigkeit des Aufgabengebietes sind Flexibilität und hohe Teamfähigkeit notwendig

Hinweis auf Befristung:
Die Stelle ist befristet auf drei Jahre

Das Forschungszentrum Jülich möchte mehr Mitarbeiterinnen in diesem Bereich beschäftigen. Wir sind daher an der Bewerbung von Frauen besonders interessiert. Bewerbungen schwerbehinderter Menschen sind uns willkommen.

Ansprechpartner:
Dr. Maurice Nuys
Institut für Energie- und Klimaforschung – Photovoltaik (IEK-5), Forschungszentrum Jülich
E-Mail: m.nuys@fz-juelich.de
Tel.: 02461-61-9733

Bewerbungen bitte an:
Frau Andrea Mülheims
a.muelheims@fz-juelich.de
Methoden:
Anfangsdatum: 1. September 2017
Geschätzte Dauer: 3 Jahre
Bezahlung:
Papers:
Sonstiges:

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