Das H2Demo-Projekt zielt darauf ab, groß angelegte Demonstratoren für die direkte solare Wasserstofferzeugung zu entwickeln. Eines der untersuchten Gerätekonzepte ist ein poröses Photoelektroden-Design. Das Design ermöglicht die Erzeugung von Wasserstoff und Sauerstoff auf den gegenüberliegenden Seiten eines integrierten Geräts, wobei ein direkter Weg für den Massentransport durch die Poren vorhanden ist. Gleichzeitig könnten am Rand der Poren Rekombinationszentren entstehen, die der Leistung des Geräts abträglich sind. Um das optimale Design zu ermitteln, hat H2Demo ein Multiphysik-Modell entwickelt und den Spannungsverlust in Abhängigkeit von den Designparametern (z.B. Porendurchmesser, Abstand zwischen den Poren) simuliert. Der Parameterraum, der zu einem minimalen Verlust (< 100 mV) führt, wurde erfolgreich identifiziert und wird bei der Herstellung der H2Demo-Demonstratoren berücksichtigt.

Unser Ansatz zur experimentellen Realisierung der Poren in der Tandem-Solarzelle sind laserbasierte Bohrprozesse, die eine schnelle Bearbeitung der hohen Anzahl der benötigten Poren ermöglichen. Wir evaluieren zwei verschiedene Prozessabläufe, um die Poren in der Tandemzelle zu realisieren:

(a) Laserbohren in der unteren Siliziumsolarzelle vor dem Wachstum der oberen III-V-Zelle und

(b) Laserbohren in der kompletten Vorrichtung nach dem Wachstum der III-V Top-Zelle.

Derzeit werden beide Prozessabläufe am Fraunhofer ISE experimentell evaluiert, um die mit beiden Abläufen verbundenen Herausforderungen zu identifizieren und schließlich die vielversprechendste und effektivste Verarbeitung von porösen Tandem-Bauelementen zu ermitteln. Ansatz (a) bringt zum Beispiel die Herausforderung mit sich, die hochwertige Siliziumoberfläche zu erhalten, die für das Wachstum der darauf befindlichen III-V-Zelle erforderlich ist. Um dies zu erreichen, untersuchen wir derzeit die Qualität der III-V-Schichten auf solchen laserbearbeiteten Siliziumwafern (siehe REM-Bilder). Ansatz (b) hingegen bringt die Herausforderung mit sich, elektrische Nebenschlüsse in den lasergeschädigten Bereichen an den Seitenwänden der Poren zu verhindern. Für diesen Ansatz evaluieren wir derzeit eine vielversprechende Bearbeitungssequenz, die es ermöglicht, die Shunting-Effekte zu verhindern und somit die experimentellen Ergebnisse mit dem Simulationsmodell zu vergleichen