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Institut für Energie- und Klimaforschung

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Optik

In siliziumbasierten Dünnschichtsolarzellen werden texturierte Kontaktschichten verwendet, um eine effiziente Lichtstreuung in die Absorberschicht zu ermöglichen. Dadurch wird die Quanteneffizienz der Solarzelle signifikant erhöht. Die Strukturgrößen sowie die Schichtdicken liegen im Bereich der Wellenlänge des relevanten Sonnenspektrums bzw. darunter. In der Arbeitsgruppe werden die optischen Prozesse, die zu einer effizienten Lichtstreuung und Lichtführung führen, untersucht mit dem Ziel, optimierte Strukturen zu identifizieren und somit den Wirkungsgrad der Solarzelle zu erhöhen. Hierzu steht die optische Rasternahfeldmikroskopie zur Verfügung, 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.

Untersucht werden texturierte transparente leitfähige Oxide, die in der Arbeitsgruppe Lichtstreuende Kontaktschichten hergestellt bzw. von Projektpartnern zur Verfügung gestellt werden. Des Weiteren werden die in Dünnschichtsolarzellen eingesetzten Schichtsysteme sukzessive auf diesen texturierten Oberflächen deponiert, um somit einen optischen Zugang zur eigentlichen Solarzelle zu erhalten. In Zusammenarbeit mit der Arbeitsgruppe Bauelementsimulation werden diese Daten durch optische Simulationen unterstützt, in denen die Maxwellgleichungen rigoros für die realen Strukturen gelöst werden. Mithilfe dieser Simulationen ergeben sich zusätzliche Einblicke in die lokale Lichtführung innerhalb der Solarzelle, zu der experimentell kein direkter Zugang besteht. Des Weiteren ist hiermit eine beliebige Modifizierung der lichtstreuenden Strukturen möglich, um somit optimierte Strukturen zu finden. 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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Arbeitsgruppenleiter:

Dr. Karsten Bittkau


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