Group-III-nitride nanowires: electrical and optical properties in view of applications in solarcells

• Antragstellerin: Professorin Dr.-Ing. Silke Christiansen
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie ; Festkörper- und Oberflächenchemie, Materialsynthese ; Physikalische Chemie von Festkörpern und Oberflächen, Materialcharakterisierung
• Förderung: Förderung von 2012 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 186128001

Ziel des Projekts E2 is die Entwicklung von (In)GaN Nanosäulen (NR) basierten Solarzellen. Die erste Förderperiode befasste sich mit der (i) Umsetzung von NR Anordnungen mit hoher Dichte für erhöhte Lichtabsorption, (ii) Kontrolle der Geometrie und Verständnis des GaN NR Bildungsmechanismus, (iii) Dotierung von NR und die Umsetzung von pn-Übergängen als Bereich für Ladungsträgertrennung und (iv) elektrischen und optischen Charakterisierung von einzelnen NR sowie einem NR ensemble. Aufgrund der großen Bandlücke von GaN und der dadurch folgenden geringen Absorption von Sonnenlicht ist eine Bestimmung der Solarzellen-Effizienz sinnlos.In der zweiten Förderperiode wird der Schwerpunkt in der Erhöhung der Absorption liegen. Dies soll zum einen durch eine Erhöhung des Indiumgehalts in der gesamten NR sowie in den InGaN Mantelschichten/Quantenfilmen gewährleistet werden. NR bestehend aus reinen InN (nach dem bottom-up Wachstum und dem top-down Ätzschritt) und überwachsen mit InGaN Quantenfilme sollen als photovoltaischen Material dienen. Das Wachstum von p- und n-dotierten NR wird optimiert. Eine besondere Herausforderung war bisher die p-Dotierung von InN-Schichten. Aktuell gibt es erste Umsetzungen von p-dotierten InN NR. Diese Strukturen werden auf leitfähigen Substraten wie Si-Wafern und Graphen-auf-Saphir abgeschieden, ein neues Kontaktmaterial welches in unserer Arbeitsgruppe in der ersten Förderperiode erfolgreich entwickelt wurde. Um Oberflächeneffekte, verantwortlich für die Verminderung der Bauelementebetriebs, zu minimieren, wird die Atomare Schicht Abscheidung (ALD) genutzt um die Passivierung der Oberfläche durchzuführen. Unterschiedliche Ansätze zur Optimierung des oberen Kontaktes der NR basierten Solarzellen wie z.B. der Transfer von Graphen, dünne teiltransparente metallische Schichten und transparente leitfähige Oxidschichten werden durchgeführt und miteinander verglichen. Elektro-optische Eigenschaften von einzelnen NR sowie einem NR Ensemble mit Hinblick auf die photovoltaischen Eigenschaften werden bestimmt. Schließlich sollen InGaN-Schichten auf ihre Nutzung in sogennanten Hot-Carrier-Solarzellen (aufwendiges Bauelement, welches Solarzelleneffizienten >65% verspricht) untersucht werden. Quantenpunkte als Lichtkonverter wie z.B. aus dem CdSe-Material sollen für Breitbandabsorption und Schmalbandemission hoher Energie genutzt werden, um die Absorption von GaN mit der großen Bandlücke zu erhöhen.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen
• Teilprojekt zu: FOR 1616: Dynamik und Interaktion von Halbleiternanodrähten für die Optoelektronik