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Institut für Energie- und Klimaforschung

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Optische Simulationen

In der Arbeitsgruppe werden optische Simulationen durchgeführt, bei denen die Maxwellgleichungen rigoros gelöst werden. Hierbei werden sowohl zwei- als auch dreidimensionale Systeme betrachtet. Mithilfe solcher Simulationen ergeben sich zusätzliche Einblicke in die lokale Lichtführung innerhalb der Solarzelle, zu der experimentell kein direkter Zugang besteht. Diese Informationen dienen zum einen dazu, die Auswertungen und Interpretationen aus der optischen Rasternahfeldmikroskopie zu ergänzen. Zum anderen werden die Ergebnisse genutzt, um die Absorption in der Solarzelle durch eine gezielte Modifizierung der Textur oder des Schichtstapels zu maximieren.

 Die Simulation erfolgt mithilfe der Finite-Difference Time-Domain (FDTD) Methode, bei der die zu berechnende Struktur in ein Raster zerlegt wird, dessen Punktabstand deutlich kleiner ist als die betrachtete Wellenlänge. Berechnet wird hier die zeitliche Entwicklung der elektromagnetischen Felder bis zum Erreichen des stationären Zustandes. Als Strukturen werden hier sowohl reale dreidimensionale Strukturen simuliert, wie sie mithilfe der Rasterkraftmikroskopie oder optischer Rasternahfeldmikroskopie gemessen werden, als auch idealisierte Modellsysteme. Aus den Ergebnissen können die lokale Lichtintensität, die lokale Absorption sowie die Streuwinkelverteilung bestimmt werden. Die Rechnungen werden in Zusammenarbeit mit der Arbeitsgruppe Bauelementsimulation am Jülich Supercomputing Center durchgeführt.

SimulationBild: Lokale Lichtintensität oberhalb einer ausgewählten Rasterlinie eines texturierten ZnO-Substrats bei einer Wellenlänge von 780nm. (a) Experimentelles Ergebnis aus der optischen Rasternahfeldmikroskopie. (b) Ergebnis aus FDTD-Simulationen (Rockstuhl et al., Appl. Phys. Lett. 91, 171104 (2007)).

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