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Institut für Energie- und Klimaforschung

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Simulation plasmonischer Effekte in Silizium basierten Dünnschicht-Solarzellen

Die Erhöhung des Leistungsvermögens sowie die Reduzierung der Produktionskosten ist das Hauptziel der aktuellen Forschung im Bereich der Dünnschichtsilizium-Solarzellen. Hohe Effizienzen in a-Si:H und μc-Si:H Dünnschicht-Solarzelle werden ausschließlich mit "light-trapping" Konzepten erzielt, die den effektiven optischen Weg eines Photons in der Absorberschicht verlängern. Derzeit werden dazu zufällig strukturierte, stark streuende Frontkontakte und reflektierende Rückkontakte verwendet.

Neue Strukturen oder optische Elemente mit einem verbesserten "light-trapping" Konzept sind daher von besonders großem Interesse. Eine noch weitgehend unerforschte und vielversprechende Option bieten spezielle optischen Eigenschaften von metallischen Nanopartikeln und nanostrukturierten metallischen Oberflächen, die sogenannten Plasmonen.

SimPlasm002

PlasmEff001

Auf der linken Seite sehen wir die schematische Darstellung einer dipolaren plasmonischen Resonanz in einem kugelförmigen, metallischen Nanopartikel. Die kohärente Schwingung des Elektronengases erzeugt Raumladungszonen. Auf der rechten Seite sind die zugehörigen elektrischen Felder dargestellt.

SimPlasm003

Die Simulationen (Datenpunkte) können in idealisierten Fällen mit der semi-analytischen Mietheorie vergleichen werden (durchgezogene Linie). In der Abbildung af der linken Seite zeigen wir die Absorption eines kugelförmigen Nanopartikels für verschiedene umgebende Materialien.


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