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Institut für Energie- und Klimaforschung

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Ray Tracing

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Zur theoretischen Beschreibung der Optik an nanotexturierten Grenzflächen wird im Allgemeinen die numerische Lösung der Maxwell-Gleichungen verwendet. Doch im Hinblick auf Rechenzeit und Speicherkapazität ist diese Methode eine teure Simulations-Methode. Außerdem ist es schwierig, aus den Ergebnissen Aussagen über den Einfluss einzelner Strukturen der texturierten Grenzfläche auf das Streuverhalten zu extrahieren.

Aus diesen Gründen wird hier der alternative sogenannte Ray Tracing-Ansatz auf der Basis von Strahlenoptik und der gemessenen Grenzflächen-Topographie verfolgt. Dieser Ansatz funktioniert umso besser, je größer das Verhältnis von Strukturgrößen der Grenzfläche und Wellenlänge ist. Wird dieses Verhältnis verkleinert, werden diffractive Effekte, wie Interferenz und Beugung, die mit dem Wellencharakter des Lichts verbunden sind, immer wichtiger und somit der Fehler durch die Beschreibung mit Ray Tracing größer. Texturierte Grenzflächen in Dünnschichtsilizium-Solarzellen enthalten Strukturgrößen in der Größenordnung des Wellenlänge des Sonnenlichts (≈300 to 1300 nm).

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Bild: ZnO-Silizium-Grenzfläche mit Intensitäten für die Wellenlängen λ=488 nm (a,b) und λ=780 nm (c,d), berechnetet durch die numerische Lösung der Maxwell-Gleichungen (a,c) und dem Ray Tracing-Ansatz (b,d). Die grüne Linie zeigt das ZnO-Silizium-Grenzflächenprofil.


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