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Institut für Energie- und Klimaforschung

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Auf den Spuren des gefangenen Lichtes

„Wie kann man Licht, welches in einer Solarzelle eingefangen wurde, experimentell untersuchen?“

Diese Frage stellten sich Forscher des IEK5 am Forschungszentrum Jülich. Eigentlich erforschen die Kollegen periodische Nanostrukturen, die den normalerweise nur schwach absorbierten Anteil des Sonnenlichts effizient in Solarzellen einfangen um deren Effizienz zu steigern. Allerdings war die Analyse dieses Lichteinfangs bis vor kurzem nur mittels indirekter Methoden möglich, da eben das eingefangene Licht von außen nicht sichtbar ist.

Vor wenigen Monaten ist es den Kollegen des IEK5 gelungen, mittels eines Tricks einen direkten Blick auf die Lichtausbreitung in einer Solarzelle auf der Nanoskala zu werfen. Mittels der sogenannten optischen Nahfeld-Mikroskopie gelang es, die Ausbreitung des gefangenen Lichtes in einer periodisch nanostrukturierten Solarzelle nachzuverfolgen. Die optische Nahfeld-Mikroskopie nutzt das quantenmechanische Tunneln einzelner Photonen aus der Solarzelle in die Nahfeld-Spitze um das Licht zu messen, das eigentlich in der Solarzelle gefangen ist (s. Abbildung).

In einer kürzlich veröffentlichten Publikation in der Fachzeitschrift Nano Letters (U.W. Paetzold et al., Nano Lett. 2014, 14, 6599−6605) stellen die Forscher des IEK5 ihren Ansatz vor und zeigen an einer periodisch nanostrukturierten Solarzelle die Funktionsweise auf. Es wurde gezeigt, dass die Intensität der Lichtkopplung an einzelne Wellenleitermoden in der Solarzelle direkt mit einer verbesserten Lichtausbeute und somit der Energieumwandlungseffizienz korreliert. Die angewandte Messmethode eröffnet eine Vielzahl neuer Möglichkeiten für die Funktionskontrolle für nano-optische Bauelemente.

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