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Institut für Energie- und Klimaforschung

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Optik

In siliziumbasierten Dünnschichtsolarzellen werden texturierte Kontaktschichten eingesetzt, um eine effiziente Lichtabsorption durch Lichtstreuung in die Absorberschicht zu ermöglichen. Die erhöhte Lichtabsorption in der aktiven Siliziumschicht steigert die Quanteneffizienz der Solarzelle. Die zur Lichtstreuung eingesetzten Strukturgrößen und die Schichtdicken der verschiedenen Materialien der Solarzelle liegen im Bereich der Wellenlänge des relevanten Sonnenspektrums. In der Arbeitsgruppe werden die optischen Prozesse, die zu einer effizienten Lichtstreuung und Lichtführung in Dünnschichtsolarzellen führen, untersucht. Ziel ist es, optimierte Strukturen zu identifizieren und somit den Wirkungsgrad der Solarzelle zu erhöhen. Dazu werden experimentelle Methoden und numerische Verfahren eingesetzt:

Einzigartig ist die optische Rasternahfeldmikroskopie, mit deren Hilfe die lokalen Lichtstreueigenschaften und die Verteilung der in der Solarzelle geführten Lichtmoden detektiert werden. Hieraus werden die notwendigen Erkenntnisse generiert, um den Lichteinfang in der Solarzelle zu optimieren. Für die Messung der globalen Lichtstreueigenschaften steht die winkelaufgelöste Streuung zur Verfügung, mit deren Hilfe die Streuung ins Fernfeld bestimmt wird. Neue Konzepte zur Lichtstreuung und –führung werden untersucht und auf ihren Einsatz in Dünnschichtsolarzellen evaluiert. Die Arbeiten werden durch optische Simulationen ergänzt, welche zum detaillierten Verständnis, der fundierten Analyse und der weiteren Optimierung eingesetzt werden. Zur Durchführung der optischen Simulationen ist die genaue Kenntnis der optischen Kenngrößen (Brechungsindex, Extinktionskoeffizient) notwendig. Hierzu steht der Arbeitsgruppe die spektroskopische Ellipsometrie zur Verfügung. Die daraus gewonnenen Daten werden durch Ergebnisse der Photothermischen Deflektionsspektroskopie ergänzt.

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