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With the development of the energy system transformation the quality and efficiency of the rechargeable batteries, particularly the Li ion technology, gain major importance. In spite of the enormous advances, along with many other technological challenges corrosion of the metallic battery parts is often a difficult obstacle for producers and researchers. Li-metal batteries and especially the “anode-free” battery concept could significantly increase the energy density. However, contact corrosion of the Li anode, can occur in this cell configuration since there is a high probability of a three-phase contact between Li-metal, current collector and electrolyte, a condition triggering an intensive Li corrosion. In this work, a new in-situ analytical methodology based on combining electrochemical (ZRA) and microgravimetric (QCM) techniques is proposed for studying the galvanic corrosion. The applicability of this approach is explored in three different electrolyte compositions. Beside the analysis of the conventional electrochemical parameters an in-situ gravimetric detection of the deposited electrolyte decomposition products on the cathode surface is demonstrated. Adsorbed polymer layer on the Cu surface is applied for cathodic inhibition of the galvanic corrosion process, which is studied by means of the novel ZRA-QCM approach.

Hysteresis effects and their tuning with electric fields and light were studied in thin film molybdenum disulfide transistors fabricated from sulfurized molybdenum films. The influence of the back-gate voltage bias, voltage sweep range, illumination, and AlOx encapsulation on the hysteresis effect of the back-gated field effect transistors was studied and quantified. This study revealed the distinctive contribution of MoS2 surface, MoS2/SiO2 interface defects and their associated traps as primary sources of of hysteresis.

The proposed study demonstrates a single-step CVD method for synthesizing three-dimensional vertical MoS2 nanosheets. The postulated synthesizing approach employs a temperature ramp with a continuous N2 gas flow during the deposition process. The distinctive signals of MoS2 were revealed via Raman spectroscopy study, and the substantial frequency difference in the characteristic signals supported the bulk nature of the synthesized material. Additionally, XRD measurements sustained the material’s crystallinity and its 2H-MoS2 nature. The FIB cross-sectional analysis provided information on the origin and evolution of the vertical MoS2 structures and their growth mechanisms. The strain energy produced by the compression between MoS2 islands is assumed to primarily drive the formation of vertical MoS2 nanosheets. In addition, vertical MoS2 structures that emerge from micro fissures (cracks) on individual MoS2 islands were observed and examined. For the evaluation of electrical properties, field-effect transistor structures were fabricated on the synthesized material employing standard semiconductor technology. The lateral back-gated field-effect transistors fabricated on the synthesized material showed an n-type behavior with field-effect mobility of 1.46 cm2 V^-1 s^-1 and an estimated carrier concentration of 4.5 × 10^12 cm^-2. Furthermore, the effects of a back-gate voltage bias and channel dimensions on the hysteresis effect of FET devices were investigated and quantified.

Electrodeposition is a versatile instrumental technique, already applied in many industrial fields. However, the deposition of silicon and other reactive elements is still challenging and requires further research and improvement. Accomplishing an efficient electrodeposition of silicon at room temperature is very attractive due to the high number of manufacturing technologies that would benefit from this approach. This work provides an overview of the electrochemical approaches for silicon deposition performed in organic electrolytes. The main factors that impact this process are individually discussed and exemplified with appropriately updated literature sources. Furthermore, the previously available research on characterization of electrodeposited silicon containing layers is provided. These studies are presented in the context of better understanding the structure, composition, and functional properties of the deposited silicon material, which may attract the attention of young academic scientists and process engineers.

We introduce back gated memristor based on CVD-grown 30-40 nm thick MoS2 channel. The device demonstrates bipolar behaviour and the measurements are consistent with the simulations performed within the intrinsic-oxide traps model. This confirms the theory that the source of hysteresis in thin-film MoS2 memristors is charge trapping on MoS2/SiO2 interface and the grain boundaries. The impact of back gate voltage bias, voltage sweep range and channel area on memristive effect was studied and quantified using hysteresis area. Hysteresis in bipolar memristors can be tuned by back gate voltage, which makes these devices promising for neuromorphic computing.

The ASi-Sii defect model as one possible explanation for light-induced degradation (LID) in typically boron-doped silicon solar cells, detectors, and related systems is discussed and reviewed. Starting from the basic experiments which led to the ASi-Sii defect model, the ASi-Sii defect model (A: boron, or indium) is explained and contrasted to the assumption of a fast-diffusing so-called “boron interstitial.” An LID cycle of illumination and annealing is discussed within the conceptual frame of the ASi-Sii defect model. The dependence of the LID defect density on the interstitial oxygen concentration is explained within the ASi-Sii defect picture. By comparison of electron paramagnetic resonance data and minority carrier lifetime data related to the assumed fast diffusion of the “boron interstitial” and the annihilation of the fast LID component, respectively, the characteristic EPR signal Si-G28 in boron-doped silicon is related to a specific ASi-Sii defect state. Several other LID-related experiments are found to be consistent with an interpretation by an ASi-Sii defect.

Low-gain avalanche detectors (LGAD) suffer from an acceptor removal phenomenon due to irradiation. This acceptor removal phenomenon is investigated in boron, gallium, and indium implanted samples by 4-point-probe (4pp) measurements, low-temperature photoluminescence spectroscopy (LTPL), and secondary ion mass spectrometry (SIMS) before and after irradiation with electrons and protons. Different co-implantation species are evaluated with respect to their ability to reduce the acceptor removal phenomenon. In case of boron, the beneficial effect is found to be most pronounced for the low-dose fluorine and high-dose nitrogen co-implantation. In case of gallium, the low-dose implantations of carbon and oxygen are found to be beneficial. For indium, the different co-implantation species have no beneficial effect. SIMS boron concentration depth profiles measured before and after irradiation show no indication of a fast movement of boron at room temperature. Hence, the discussed BSi-Sii-defect explanation approach of the acceptor removal phenomenon seems to be more likely than the other discussed Bi-Oi-defect explanation approach.

Herein, the complex pseudodielectric function of Ge and Si from femtosecond pump-probe spectroscopic ellipsometry with 267, 400, and 800 nm pump-pulse wavelengths is analyzed by fitting analytical lineshapes to the second derivatives of the pseudodielectric function with respect to energy. This yields the critical point parameters (threshold energy, lifetime broadening, amplitude, and excitonic phase angle) of E 1 and E 1 + Δ 1 in Ge and E 1 in Si as functions of delay time. Coherent longitudinal acoustic phonon oscillations with a period of about 11 ps are observed in the transient critical point parameters of Ge. From the amplitude of these oscillations, the laser-induced strain is found to be on the order of 0.03% for Ge measured with the 800 nm pump pulse, which is in reasonable agreement with the strain calculated from theory.

Binder- and conducting additive-free Si-O-C composite layers are deposited electrochemically under potentiostatic conditions from sulfolane-based organic electrolyte. Quartz crystal microbalance with damping monitoring is used for evaluation of the layer growth and its physical properties. The sodiation-desodiation performance of the material is afterward explored in Na-ion electrolyte. In terms of specific capacity, rate capability, and long-term electrochemical stability, the experiments confirm the advantages of applying the electrochemically formed Si-O-C structure as anode for Na-ion batteries. The material displays high (722 mAh g^-1) initial reversible capacity at j = 70 mA g^-1 and preserves stable long-term capacity of 540 mAh g^-1 for at least 400 galvanostatic cycles, measured at j = 150 mA g^-1. The observed high performance can be attributed to its improved mechanical stability and accelerated Na-ion transport in the porous anode structure. The origin of the material electroactivity is revealed based on X-Ray photoelectron spectroscopic analysis of pristine (as deposited), sodiated, and desodiated Si-O-C layers. The evaluation of the spectroscopic data indicates reversible activity of the material due to the complex contribution of carbon and silicon redox centers.

Particles play an important role in the storage, transportation and natural weathering of glasses, but their influence on glass degradation is little studied. In this work, the influence of main sand components is investigated. Feldspar exhibits the strongest leaching rate for the network former Na, while quartz has the lowest. The leaching rate of natural sands is in between. Based on these findings, a model describing the leaching mechanism was developed: Hereby, hydroxyl groups adhering on sand grains adsorb network modifiers by substituting their hydrogen by network formers from the glass surface. The amount of available hydroxyl groups determines the leaching rate. This model is supported by loss on ignition performed for the sands, which might be a suitable method to roughly estimate their leaching rates. The adsorption of network modifiers suppresses carbonate formation, dendritic growth and Mg diffusion in the glass surface region. Pimple-like crystal growth is observed.

In this work, an electrochemically formed porous Cu current collector (p-Cu) is utilized for the development of a high-performance binder-free silicon anode. Two electrolyte compositions based on sulfolane (SL) and [BMP][TFSI] ionic liquid (IL) are implemented for silicon deposition. The electrochemical experiments confirm the advantages of applying the p-Cu structure in terms of specific capacity, rate capability, and long-term cycling, where the best electrochemical properties have been observed for the Si deposited from SL electrolyte. The Si-based p-Cu anodes formed in SL display stable 2500 mAh g^-1 reversible capacity during the first 250 cycles and promising capacity retention. Compared to this result, the cycling performance of the same type of material deposited on flat Cu foil (f-Cu) showed significantly reduced capacity (1400 mAh g^-1) and inferior cycling performance. The positive effect can be attributed to the improved mechanical stability of the active material and accelerated ionic transport in the porous structure of the anode. The improved functional properties of the electrochemically deposited Si from SL electrolyte in p-Cu samples compared to those obtained in IL can be ascribed to differences in the chemical composition. While the layers deposited in SL electrolyte involve Si domains incorporated in a matrix containing C and O that offer high mechanical stability, the Si material obtained in IL is additionally influenced by N and F chemical species, resulting from active IL decomposition. These differences in the chemical surrounding of the Si domains are the primary reason for the inferior electrochemical performance of the material deposited from [BMP][TFSI] electrolyte. XPS analysis shows that the initial composition of the as deposited layers, containing a considerable amount of elemental Si, is changed after lithiation and that the electrochemical activity of the anode is governed by switching between the intermediate redox states of Si, where the carbon-oxygen matrix is also involved.

Controlling the surface formation of the group-V face of (111)-oriented III-V semiconductors is crucial for subsequent successful growth of III-V nanowires for electronic and optoelectronic applications. With a view to preparing GaP/Si(111) virtual substrates, we investigate the atomic structure of the MOVPE (metalorganic vapor phase epitaxy)-prepared GaP(111)B surface (phosphorus face). We find that upon high-temperature annealing in the H2-based MOVPE process ambience, the surface is phosphorus-depleted, as evidenced by X-ray photoemission spectroscopy (XPS). However, a combination of density functional theory calculations and scanning tunneling microscopy (STM) suggests the formation of a partially H-terminated phosphorus surface, where the STM contrast is due to electrons tunneling from non-terminated dangling bonds of the phosphorus face. Atomic force microscopy (AFM) reveals that a high proportion of the surface is covered by islands, which are confirmed as Ga-rich by Auger electron spectroscopy (AES). We conclude that the STM images of the samples after high-temperature annealing only reflect the flat regions of the partially H-terminated phosphorus face, whereas an increasing coverage with Ga-rich islands, as detected by AFM and AES, forms upon annealing and underlies the higher proportion of Ga in the XPS measurements.

Potentiostatic deposition of silicon is performed in sulfolane (SL) and ionic liquid (IL) electrolytes. Electrochemical quartz crystal microbalance with damping monitoring (EQCM-D) is used as main analytical tool for the characterization of the reduction process. The apparent molar mass (Mapp) is applied for in situ estimation of the layer contamination. By means of this approach, appropriate electrolyte composition and substrate type are selected to optimize the structural properties of the layers. The application of SL electrolyte results in silicon deposition with higher efficiency compared to the IL 1-butyl-1-methylpyrrolidinium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide, [BMP][TFSI]. This has been associated with the instability of the IL in the presence of silicon tetrachloride and the enhanced incorporation of IL decomposition products into the growing silicon deposit. X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) analysis supports the results about the layer composition, as suggested from the microgravimetric experiments. Attention has been given to the impact of practically relevant substrates (i.e., Cu, Ni, and vitreous carbon) on the reduction process. An effective deposition can be carried out on the metal electrodes in both electrolytes due to accelerated reaction kinetics for these types of substrates. However, on vitreous carbon (VC), a successful reduction of SiCl4 can only be accomplished in the IL, while the electroreduction process in SL is dominated by the decomposition of the electrolyte. For short deposition times, the scanning electron microscopy (SEM) images display rough morphologies in the nanometer range, which evolve further to structures with increased length scale of the surface roughness. The development of a rough interface during deposition, resulting in QCM damping at advanced stages of the process, is interpreted by a model accounting for the resistive force caused by the interaction of the liquid with a nonuniform layer interface. By using this approach, the individual contributions of the surface roughness and viscoelastic effects to the measured damping values are estimated.

In this work a comprehensive study is presented for the analysis of epitaxial graphene layers using Raman spectroscopy. A wide range of graphene types is covered, from defective/polycrystalline single layer graphene to multilayer graphene with low defect density. On this basis the influence of strain type, Fermi level and number of layers on the Raman spectrum of graphene is investigated. A detailed view on the 2D/G dispersion and the respective slopes of uniaxially and biaxially strained graphene is given and its implications on the asymmetry of the G peak analyzed. A linear dependency of the phonon mode asymmetry on uniaxial strain is presented in addition to the known Fermi level dependence. Additional impacts on the asymmetry are found to be arising from the defect density and transfer doping of adsorbates. The discovered transfer doping mechanism is contrary to pure phonon excitation through excitons and exhibits increasing asymmetry with increasing Fermi level. A new characteristic correlation between the 2D mode line width and the inverse I(D)/I(G) ratio is introduced that allows the determination of the strain type and layer number and explains the difference between Raman line widths of monolayer graphene on different substrates.

A global-search method which applies the concept of genetic algorithm (GA) with gradient-based optimizer is proposed for the problem of experimental data analysis from spectroscopic ellipsometry on thin films. The method is applied to evaluate the data obtained for samples with different structure complexity, starting with transparent monolayers (SiO2, HfO2) on a substrate, through absorbing film (diamond-like carbon) and multilayer structures. We demonstrate that by using this method we are able to find material parameters even for limited a priori knowledge about the sample properties, where classical methods fail.

Im Rahmen dieser Arbeit wurde erstmals mit Hilfe von XPS und AFM systematisch das Alterungsverhalten von Floatgläsern unter Berücksichtigung von drei kommerziell relevanten Aspekten untersucht: Vorspannprozesse, Korrosion bei Belegung mit Partikeln und Glasschutzmittel. Es konnten zwei spezifische Carbonatphasen nachgewiesen werden, die unter dem Einfluss von warmer, feuchter Umgebungsluft auf Floatglasoberflächen entstehen: Dendritisches Trona und Natriumhydrogencarbonat. Des Weiteren wurde im oberflächennahen Bereich Mg-Diffusion nachgewiesen. Ermöglicht wird sie durch die Akkumulation von Na und Ca und den damit verbundenen Änderungen der Glasstruktur und -zusammensetzung an der Oberfläche. Thermisches Vorspannen hat keinen signifikanten Einfluss auf diese Prozesse. Chemisches Vorspannen führt jedoch zu signifikanten Veränderungen: Es kommt zu einer erheblich inhomogeneren lateralen Ausbildung von Kristalliten, während chemische Veränderungen in der Glaszusammensetzung nur halb so tief in das Glas hineinreichen. Ursache ist das beim chemischen Vorspannen eingebaute K, welches die Zwischenräume des Glasnetzwerks verengt, so dass ein Eindringen von Wasserspezies erschwert wird. Untersucht wurde auch der Einfluss von Sandpartikeln der Sahara auf Glaskorrosion. Der anhaftende Sand verstärkt die Auslaugung der Netzwerkwandler drastisch und beeinflusst Kristallisationsprozesse sowie die Chemie der Glasoberfläche. Während er die Bildung von Carbonatphasen drastisch unterdrückt, führt er zur Entstehung von Ca-Anorthit und Na-Phillipsit. Diese können im weiteren Bewitterungsverlauf das Glas besonders stark schädigen, da sie unter dem Einfluss von Luftfeuchtigkeit eine hochbasische Umgebung bilden, die zur Auflösung des Glasnetzwerks führt. Erstmals wurde der Einfluss eines kommerziell erhältlichen Glasprotektors auf Flachglas untersucht, um seinen möglichen Nutzen für die Floatglasreinigung abzuschätzen und seine Wirkungsweise zu verstehen. Das saure Milieu des Protektors führt zu einer verstärkten Auslaugung von Na, was die Eindiffusion von im Protektor enthaltenem Zn in das Glas ermöglicht, welches das Netzwerk durch Stärkung geschwächter Glasverbindungen stabilisiert. Das dem Protektor beigemischte Bi diffundiert nicht in das Glas ein, sondern lagert sich an dessen Oberfläche ab und schützt diese dort. Unter Langzeiteinwirkung bildet sich eine Schutzschicht aus geringvernetztem hydratisierten Zinkphosphat aus. Deren Dicke ist mit unter 15 nm nach 19 Tagen äußerst gering und führt somit zu keinen störenden Interferenzerscheinungen. Die Ausbildung dieser Präzipitatschicht kann durch die Anwesenheit von Sn auf der Floatglasoberfläche erheblich beschleunigt werden.

Der Schwerpunkt der Arbeit liegt in der Evaluierung neuer Materialkombinationen und kostengünstiger Herstellungstechnologien für die Realisierung definierter, spezieller optischer Eigenschaften von Oberflächen, Nanopartikeln (NP) und -strukturen auf Basis von Schichttechnologien, insbesondere in Hinblick auf die Integration in Sensorplattformen für die Bioanalytik. Plasmonisch aktive Oberflächen z.B. als LSPR-Oberflächen oder SERS-Substrate erfordern anwendungsbezogene Eigenschaften. Deshalb werden in der Arbeit unterschiedliche Herstellungsverfahren von NP und Strukturen, wie die Temperatur- und Matrix-induzierten Verfahren, ein Laser-induziertes Verfahren und das Template-Stripping untersucht und die experimentellen Ergebnisse diskutiert. Als Schichtmaterialien wird auf fcc-Edelmetalle wie Au und Ag eingegangen, die für die Bioanalytik besonders interessant sind. Bei der Sputter-Abscheidung wachsen diese substratunabhängig mit einer (111)-Vorzugsorientierung auf und bilden, insbesondere bei niedrigen Drücken, sehr glatte und dicht gepackte Oberflächen aus. Diese glatten Oberflächen verbessern die Güte der Schicht und verlängern damit die Propagationslänge der SPP. Die Plasmonik von NP, d.h. die Dichteoszillationen der freien Ladungsträger, werden nicht nur von der Größe, der Form und dem Material, sondern auch von dem Umgebungsmedium bestimmt. Das Aufbringen einer Schicht in fester Phase auf die NP - in dieser Arbeit SiO2, SiNx, ZnO, Al2O3, STO oder YBCO - beeinflusst nicht nur die LSPR-Bande durch einen anderen Brechungsindex der Umgebung, sondern wirkt sich auch auf den Partikelbildungsprozess bzw. Umformungsprozess selbst aus. Als besonders interessant stellten sich die Matrix-induzierte NP-Bildung unter Verwendung einer STO-Schicht und der UV-Laser-induzierte Prozess heraus. Weiterhin werden messtechnische Ansätze für hybride Bioanalytik-Plattformen realisiert, mit denen durch die Kombination von optisch sensitiven Nachweismethoden (Cavity-Ring-Down Verfahren und planare Ring-Wellenleiter-Strukturen) mit der Plasmonik eine Steigerung bezüglich Selektivität und Sensitivität in der Bioanalytik erreicht werden kann. So war es z.B. möglich mit der Sensorplattform basierend auf der Cavity-Ring-Down Methode kombiniert mit der NP-Plasmonik und mikrofluidischem System einen DNA-Nachweis mit einem LOD von ca. 3fM zu realisieren.

A junction of lattice-matched cubic semiconductors ZnTe and PbSe results in a band alignment of type I so that the narrow band gap of PbSe is completely within the wider band gap of ZnTe. The valence band offset of 0.27 eV was found, representing a minor barrier during injection of holes from PbSe into ZnTe. Simple linear extrapolation of the valence band edge results in a smaller calculated band offset, but a more elaborate square root approximation was used instead, which accounts for parabolic bands. PbSe was electrodeposited at room temperature with and without Cd2+ ions in the electrolyte. Although Cd adsorbs at the surface, the presence of Cd in the electrolyte does not influence the band offset.

Line shapes of molecular vibrational quanta in inelastic electron tunneling spectroscopy may indicate the strength of electron-vibration coupling, the hybridization of the molecule with its environment, and the degree of vibrational damping by electron-hole pair excitation. Bare as well as C60-terminated Pb tips of a scanning tunneling microscope and clean as well as C60-covered Pb(111) surfaces were used in lowtemperature experiments. Depending on the overlap of orbital and vibrational spectral ranges different spectroscopic line shapes of molecular vibrational quanta were observed. The energy range covered by the molecular resonance was altered by modifying the adsorption configuration of the molecule terminating the tip apex. Concomitantly, the line shapes of different vibrational modes were affected. The reported observations represent an experimental proof to theoretical predictions on the contribution from resonant processes to inelastic electron tunneling.

Energy filtering of hot carriers in a solar cell may be attained by using band offsets at heterointerfaces. This rough energy filtering does not require special sophisticated energy filtering contacts, and may be implemented in the form of a double heterojunction. PbSe thin film as absorber layer was electrodeposited on InP single crystal. Experimental evidence of hot carrier filtering at InP/PbSe heterointerface at room temperature was obtained by double beam optoelectrical measurements. The measurements can be interpreted by thermionic emission over the band offset barriers. The valence band offset of 0.3eV at the InP/PbSe heterointerface was measured by X-ray Photoelectron Spectroscopy. The filtering process may become useful for new generation of hot carrier solar cells.

Organische Solarzellen sind sehr viel versprechende erneuerbare Energiequellen. Während der ca. letzten 2 Jahrzehnte konnte eine bedeutende Verbesserung im Verständnis der Grundlagen von Solarzellen gewonnen werden. Dies hat zu einer Verbesserung der Effizienz auf mehr als 9% Ausbeute geführt. Die Leistungsfähigkeit von bulk-heterojunction organischen Solarzellen basiert im Wesentlichen auf folgenden Effekten: Ladungstrennung, Ladungstransport und Ladungsextraktion. Diese Effekte können durch Modifikation der fotoaktiven Materialien und/oder der Grenzflächen kontrolliert werden. Die Grenzflächenprobleme von organischen Solarzellen sind seit vielen Jahren unbeachtet geblieben, stattdessen wurde der Fokus auf die Entwicklung und Optimierung von neuen Aktivschichtmaterialien gesetzt. In dieser Doktorarbeit sind alle Grenzflächen von organischen Solarzellen im Detailuntersucht worden, wie: - 1 die Donator-Akzeptor Grenzfläche, - 2 der Lochtransport/Aktivschicht-Grenzfläche und - 3 die Aktivschicht-/Metallelektroden-Grenzfläche. Weiter wurden explizite Methoden zur Verbesserung der Grenzflächen vorgeschlagen. 1. - Im Besonderen wurde die Donator-Akzeptor Grenzflächenmodifikation bei thermischer Behandlung im Umfang der vertikalen Phasensegregation untersucht. In dieser Arbeit wurden unterschiedliche Messtechniken an Filmschichten und hergestellten Proben vom Gemisch des "State-of-the-Art" Polymers poly[N-9"-hepta-decanyl-2,7-carbazole-alt-5,5-(4'7'-di-2-thienyl-2',1',3'-benothiadiazole)] (PCDTBT) mit [6,6]-phenyl-C 71-butyric acid methyl ester (PC 70 BM) angewendet, um die Modifikationen der Morphologie zu untersuchen. Die Performance von PCDTBT:PC 70 BM basierend Solarzellen wird durch thermische Behandlung mit hohen Temperaturen dramatisch verringert. Untersuchungen im Detail zeigen, dass Änderungen der Polymer:Fulleren Wechselwirkungen bei bereits 140˚C auftreten, welche in einer Polymerbenetzung nahe der Metallelektrode resultiert. Dies führt zu einem Anstieg von Rekombinationen und zur Verringerung der Ladungsträgerextraktion. Dadurch kommt es zu einer Reduktion des Füllfaktors und zu einer reduzierten Effizienz der Leistungsumwandlung. Die Untersuchung der PCDTBT basierenden invertierten Solarzellenzeigen einen genau umgekehrten Trend bei thermischer Behandlung. Die gesamte Solarzellenperformance steigt mit der Temperaturerhöhung linear an. In diesem Fall ist die Polymerbenetzung vorteilhaft. Zusätzlich wurde die thermische Stabilität von Solarzellen basierend auf amorphem PCDTBT oder dem neuartigen semikristallinen Polymer poly[2,6[4,8-bis(2-ethyl-hexyl)benzo[1,2-b;4,5-b']dithiophene-co-2,5-thiophene-co-4,7[5,6-bis-octyloxy-benzo[1,2,5]thiadiazole]-co-2,5-thiophene] (PBDTTBTZT) untersucht. Die polymere haben eine ähnliche chemische Struktur und Bandlücke. Es konnte eine Effizienz von mehr als 7% bei PBDTTBTZT basierenden Solarzellen erreicht werden. Bei thermischer Behandlung sind nur geringste Verluste der photovoltaischen Parameter ohne eine vertikale Phasensegregation herausgefunden worden. Die außergewöhnliche thermische Stabilität des PBDTTBTZT von bis zu 170˚C könnte durch die semikristalline Natur zu erklären sein. PBDTTBTZT ist ein vielversprechendes Material für zukünftige Anwendungen von organischen Solarzellen. 2. - Weiterhin wurde die Lochtransportschicht/Aktivschicht-Grenzfläche untersucht, welche anhand durch Zugabe zusätzlicher polarer Lösemittel zur Aktivschicht modifiziert wurde. Generell kann die Morphologie der bulk-heterojunction durch Verwendung von Additiven mit höherem Siedepunkt als das Lösemittel der Aktivschicht beeinflusst werden. Im Gegensatz zu dieser Eigenschaft wurden in dieser Arbeit polare Lösemittel-Additive mit unterschiedlichen Dipol-Momenten und unabhängigen Siedepunkten verwendet. Die Performance der PCDTBT:PC 70 BM Solarzellen kann durch Zugabe einer bestimmten Menge dieser Additive verbessert werden. Dieser vorteilhafte Effekt kann größtenteils durch die Modifikation der PEDOT:PPS/Aktivschicht-Grenzfläche der Solarzelle erzielt werden. Die Lösemitteladditive dringen durch die gesamte Aktivschicht und entfernen teilweise den PSS-Anteil der PEDOT:PSS Oberflächenschicht, dass zu einer Reduktion der Energiebarriere und zu einer verbesserten Loch-Extraktion führt. 3. - Zuletzt wurde die Modifikation der Aktivschicht/Metallkathoden-Grenzfläche der Solarzelle mit einer zusätzlichen Zwischenschicht untersucht. Das konjugierte Polyelektrolyt:poly(diallyldimethylammonium chloride) (PDDA) und das nichtkonjugierte poly(allylaminehydrochloride) (PAH), wurden als Zwischenschichtmaterialien in dieser Arbeit untersucht. Solche Zwischenschichten, basierend auf konjugierten Polyelektrolyten (KPE), verbessern den elektrischen Kontakt und verringern den potentiell möglichen Widerstand, was zu einer verbesserten Performance der Solarzelle führt. Im Gegensatz zu den bekannten und weit verbreiteten KPE wurden die nicht konjugierten Polyelektrolyte (nKPE) bis zum jetzigen Zeitpunkt für organische Solarzellen nicht verwendet, laut der für diese Arbeit angefertigten ausführlichen Literaturrecherche. Verschiedene Messtechniken sind bei entsprechend angefertigten Solarzellen angewendet worden, um die unterschiedlichen Effekte von KPE und nKPE voneinander zu unterscheiden. Eine Verbesserung der Performance der Solarzellen ist das Ergebnis einer optimierten Anpassung des Energieniveaus an den Grenzflächen und verminderte Oberflächenkombinationen konnten für beide Polyelektrolyttypen herausgefunden werden. Die KPE verursachen geringfügige Veränderungen der Oberflächenstöchiometrie, was aber nicht bei nKPE beobachtet worden ist. Die Verwendung von KPE oder nKPE resultierte in vergleichbar guten Performance Verbesserungen. Daraus lässt sich ableiten, dass die nKPE ein guter und preiswerter Ersatz für KPE sind. Diese Arbeit zeigt die Wechselwirkung zwischen allen Grenzflächen innerhalb der Solarzellen und empfiehlt Leitlinien für die Herstellung zukünftiger "next generation" organischer Solarzellen.

Organische Solarzellen (OPV) bestechen durch hohes wirtschaftliches Potenzial. Große Anstrengungen wurden bereits in Hinblick auf die Effizienz unternommen. Aktuelle Spitzenwirkungsgrade liegen bei 12%, vergleichbar mit anorganischen Dünnschichtsolarzellen. Allerdings bleibt die Stabilität eine Schwachstelle auf dem Weg zur Marktreife. Aufgrund ihrer organischen Natur, ist OPV sehr empfindlich gegenüber Licht, Wärme, Sauerstoff und Feuchtigkeit, wobei alle unter Standard-Arbeitsbedingungen gleichzeitig vorliegen. In meiner Arbeit untersuche ich die Stabilisierung gegen photooxidative Degradation, unter Verwendung zusätzlicher stabilisierender Verbindungen, welche direkt in die Aktivschicht eingebracht werden. Hierzu wurde eine Vielzahl an Verbindungen mit unterschiedlichen Stabilisierungsmechanismen im Modell-System Poly(3-Hexylthiophen-2,5-diyl):Phenyl-C61-Buttersäure Methylester (P3HT:[60]PCBM) getestet. Die hergestellten Solarzellen wurden unter Beleuchtung, bei mäßiger Temperatur und in Gegenwart von Luft gealtert und ihre Langzeitstabilität evaluiert. Eine enorme Zunahme der akkumulierten Leistungserzeugung um einen Faktor größer 3, unter Verwendung von Wasserstoffdonatoren und UV-Absorbern, konnte mittels spektroskopischer und mikroskopischer Untersuchungen auf eine verringerte Bildung freier Radikale zurückgeführt werden. Meine Arbeit unterstreicht das Potenzial von Additiven zur Stabilisierung von OPV. Es muss allerdings beachtet werden, dass das Additiv die Schichtmorphologie und photophysikalischen Prozesse innerhalb der photoaktiven Schicht nicht negativ beeinflussen. Anhand des Modellsystems P3HT:[60]PCBM, konnte gezeigt werden, dass die photoaktive Schichten bestehend aus einer ternären Mischung von Polymer, Fulleren und Stabilisator angewendet werden können, um die Lebensdauer von OPV wesentlich zu verlängern. Dieser Ansatz kann prinzipiell auf andere OPV Systeme übertragen werden, sofern das Additiv die geschilderten Anforderungen erfüllt. Durch Zugabe kleinster Mengen kostengünstiger Stabilisatoren kann, unabhängig von der intrinsischen photochemischen Stabilität der eingesetzten Materialien, eine signifikante Verbesserung der Lebensdauer und somit gesteigertem Wert des Gesamtsystems organische Solarzelle erreicht werden. Daher haben diese Erkenntnisse eine große Bedeutung für die Vermarktung von OPV.

In dem Produktionsprozess von hocheffizienten kristallinen Silizium-Solarzellen werden lokale Öffnungen in dünnen dielektrischen Schichten benötigt. An Stelle von teuren und aufwändigen Photolithographieschritten scheint die direkte Laserablation geeignet zu sein, diese dielektrischen Schichten kostengünstig und schnell zu öffnen. In der vorliegenden Arbeit wird die ltra-Kurzpulslaserablation von dielektrischen Schichten am Beispiel von dünnen Siliziumnitrideinzelschichten sowie von Aluminiumoxid/Siliziumnitrid-Mehrfachschichten auf Siliziumproben untersucht. Dafür werden zuerst die optischen und strukturellen Eigenschaften der verwendeten dielektrischen Schichten analysiert. Anschließend wird der Einfluss verschiedener Schichteigenschaften (Brechungsindex, Wasserstoffgehalt), Lasereinstellungen (Fluenz, Pulsdauer, Wellenlänge) und Siliziumeigenschaften (Dotierung, Topographie) auf das Ablationsverhalten sowie auf die laserinduzierten Siliziumkristallschäden beschrieben und diskutiert. Aus diesen Ergebnissen wird ein neuartiges Absorptionsmodell erarbeitet, das die Ursache für die mit dieser Arbeit zum ersten Mal beschriebene direkte Ablation von dünnen dielektrischen Schichten auf Silizium erklärt. Die Erkenntnisse aus den Ablationsuntersuchungen werden in zwei verschiedenen Zelldemonstratoren angewendet und diskutiert. Hierfür werden Solarzellen zum einen nach dem PERC-Konzept und zum anderen nach einem Metallisierungsverfahren, basierend auf der nasschemischen Abscheidung von Nickel, Kupfer und Zinn, hergestellt. Zusätzlich wird in dieser Arbeit ein Programm entwickelt, mit dem das Reflexionsverhalten des ablatierten Bereiches simuliert werden kann.

Ziel der vorliegenden Doktorarbeit war die reproduzierbare Prozessierung und Aufskalierung von ITO-freien, flexiblen Polymersolarmodulen unter den Randbedingungen hoher Effizienz, niedriger Kosten und hoher Stabilität. Um das Ziel reproduzierbarer effizienter Polymersolarzellen erreichen zu können, wurden drei unterschiedliche Materialsysteme (P3HT:PCBM, P3HT:ICBA und PCDTBT:PC70BM) mittels zweier Beschichtungsmethoden (spin-coating und Rakeln) untersucht und optimiert, wobei relative hohe Effizienzen erreicht wurden. Um die Defekte und die hohen Kosten von ITO zu vermeiden, wurden in dieser Arbeit erfolgreich eine hochleitfähige PEDOT:PSS-Formulierung (PH1000) und eine Kombination aus mit Silbergitter beschichteten Folien (Hersteller PolyIC) und PH1000-Beschichtung als ITO-Ersatz verwendet. Hiermit konnten vergleichbare Effizienzen zu ITO-PET-Substraten erzielt und somit das Ziel der Realisierung eines ITO-Ersatzes erreicht werden. Die Stabilität ITO-freier versiegelter Polymersolarzellen konnte in einem Beobachtungszeitraum von 400 h unter kontinuierlicher Beleuchtung von ca. 1 Sonne Intensität im Vergleich zu versiegelten Polymersolarzellen basierend auf ITO-PET-Substraten verbessert werden. Als optimaler Aufbau flexibler Solarzellen wurde ein Schichtsystem von Barriere/PET/PH1000/PCDTBT:PC70BM/TiOX/Aluminium/UV-Kleber/Barriere/PET identifiziert; dieser Aufbau erreichte noch circa 60% der gemessenen Starteffizienz nach einer Lebensdauermessung von 400 Stunden. Alle Schichten (PEDOT:PSS, PH1000, PCDTBT:PC70BM, TiOX), außer Aluminium, wurden an Luft in Anlehnung an die produktionsnahe Rolle-zu-Rolle-Prozessierung prozessiert. Schließlich konnten Solarmodule mithilfe mechanischer Strukturierung bis zu einer Modulfläche von 150 cm 2 realisiert werden. Mit P3HT:PCBM konnten 2,2%Effizienz, mit PCDTBT:PC70BM, 3,2% auf ITO-PET und 2,2% auf PH1000-PET, jeweils auf einer Modulfläche von 25 cm 2 erreicht werden. Auf Basis von gerakelten Aktivschichten wurde die Modulstrukturierung mittels Laserablation in Zusammenarbeit mit dem Laser-Zentrum Hannover (LZH) durchgeführt. Hierbei konnten zuerst nur 1,5% Solarmoduleffizienz auf ITO-Glas erreicht werden. Auf flexibler ITO-Folie wurden schließlich in einem kombinierten Prozess aus Laserstrukturierung und Bedampfung der Metalrückelektrode über einer Schattenmaske circa 3% Solarmoduleffizienz erreicht.

Die Untersuchung organischer Solarzellen stellt ein vielversprechendes interdisziplinäres Forschungsgebiet dar, versprechen sie doch eine günstige Alternative zu anorganischen Solarzellen. Ihr geringes Gewicht und hohe Flexibilität ermöglichen es der organischen Photovoltaik (OPV) in neue Bereiche, wie der Integration in architektonischen Design-Elementen und intelligenter Kleidung, Verwendung zu finden. Dennoch fehlt es noch an kommerzielle Anwendungen, da die OPV fundamentale Probleme überwinden muss. Zu nennen sei hier die geringe Stabilität der organischen Materialien gegenüber Wasser und Sauerstoff bei gleichzeitiger Beleuchtung, als auch morphologische Degradation. Die photoaktive Schicht ist typischerweise eine selbstorganisierte Mischung aus zwei oder mehreren organischen Verbindungen und erfordert daher sehr anspruchsvolle Strukturmanipulation, da die Mischungsmorphologie in äußerstem Maße die Solarzellleistung bestimmt. Es ist von inhärenter Bedeutung die Morphologie aktiv zu steuern, um organische Solarzellen mit höchstmöglicher Effizienz zu produzieren. Das Verständnis zwischen morphologischer Struktur und Solarzelleneigenschaften ist hierzu unentbehrlich. Diese Arbeit hatte zum Ziel, die morphologische Struktur von Polymer/Fulleren-Mischschichten durch ein optisches und daher zerstörungsfreies Verfahren zu untersuchen: winkelvariierende spektroskopische Ellipsometrie (Variable Angle Spectroscopic Ellipsometry (VASE)). Obwohl die dargestellten neu entwickelten Messroutinen und optischen Modelle für beliebige Systeme Anwendung finden können, wurde als zu untersuchendes Materialsystem auf Mischungen des weitverbreiteten Polymers Poly(3-hexylthiophen-2,5-diyl) (P3HT) und dem Fullerenderivat Phenyl-C$61$-Buttersäure-methylester (PCBM) zurückgegriffen. Dies ist dem Gedanken geschuldet die gewonnen Ergebnisse der optischen Modellierung, entsprechend einer indirekten Messung, mit möglichst vielen bereits etablierten Messverfahren zur Morphologieuntersuchung zu vergleichen. Zudem zeigen Polythiophen/Fulleren-Mischungen viele physikalisch höchst interessante Eigenschaften, wie die Kristallisation einer oder beider Komponenten, und die Entmischung der photoaktiven Schicht. Aufgrund dieser Effekte und der zu erreichenden hohen Solarzelleffizienzen, stellt P3HT/PCBM das Standardmaterialsystem der OPV Forschergemeinschaft dar. In dieser Arbeit wurde die Kristallisation und räumliche Ordnung der Polymerkomponente in P3HT/PCBM-Mischschichten für verschiedene Fulleren-Konzentrationen innerhalb der photoaktiven Schicht untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass die Fulleren-Phase stark die Anordnung der Polymer-Komponente beeinflusst. In diesem Zusammenhang wurde ein neues optisches Modell entwickelt, welches die quantitative Unterscheidung zwischen höher und weniger geordneten Polymer-Domänen ermöglicht. Mit diesem Modell ist es erstmals gelungen zu zeigen, dass spinodale Entmischung und das resultierende Fulleren-Konzentrationsprofil über der Schichtdicke die Keimbildung und das Wachstum von geordneten Polymer-Domänen, sowie den Volumenanteil von geordneten Polymerdomänen innerhalb des Filmprofils maßgeblich kontrollieren. Ein Highlight dieser Arbeit ist die Tiefenprofilierung der Fullerene- Konzentration und der Verteilung geordeneter Polymer-Domänen in vollständigen Solarzellstrukturen, im Gegensatz zu der allgemein üblichen Praxis die Morphologie in separat präparierten Schichten auf Silizium oder Glas-Substraten zu untersuchen. Dies ist speziell zur Untersuchung der Grenzflächeninteraktion des Polymer/Fulleren-Gemisches mit der Elektrode während eventueller Temperschritte höchst interessant. Durch die gezeigte zerstörungsfreie Tiefenprofilierung vollständiger Solarzellen wird erstmals die Möglichkeit eröffnet in situ Studien über die Langzeitstabilität der Morphologie und der Elektrodengrenzflächen durchzuführen, da die Möglichkeit besteht dasselbe Bauelement sowohl elektrisch als auch optisch zu Untersuchen. Hierdurch können kleinste morphologische Änderungen direkt mit der Solarzellenleistung korreliert werden.

Zielstellung der Dissertation ist die detaillierte Analyse der Auswirkungen von supraleitenden Galliumausscheidungen auf das elektrische Transportverhalten hochdotierter Silizium- und Germaniumschichten. Dafür wird ein neues Verfahren zur Herstellung von supraleitenden Schichten in kommerziellen Silizium- und Germanium-Wafern mit Hilfe von Ionenimplantation und Kurzzeitausheilung entwickelt. Mittels Ionenimplantation durch eine dünne dielektrische Deckschicht wurden Galliumkonzentrationen weit über der Gleichgewichtslöslichkeit in die Silizium- und Germaniumsubstrate eingebracht. Kurzzeitausheilverfahren wurden verwendet, um die die Umverteilung des Galliums anzuregen. Die resultierende Galliumverteilung wurde analysiert und es konnte ein Modell entwickelt werden, welches die Ursache für die Ausbildung einer 10 nm dünnen Gallium-reichen Schichten an der Deckschicht/Halbleiter-Grenzfläche beschreibt. Übersteigt die Galliumkonzentration an der Grenzfläche den kritischen Wert von 15 at.%, können die Schichten bei Temperaturen unterhalb von 6 - 7 K supraleitend werden und zeigen damit eine ähnlich kritische Temperatur wie bereits untersuchte dünne amorphe Galliumfilme. Es wird somit erstmalig gezeigt, dass Gallium-reiche Ausscheidungen eine mit reinem Gallium vergleichbare kritische Temperatur haben. Der bisher häufig als Funktion der Schichtdicke erforschte Supraleiter-Isolator-Übergang konnte in den Schichten durch die Variation der Ausheilzeit hervorgerufen werden. Der normalleitende Schichtwiderstand ist als entscheidender Parameter für den Phasenübergang anzusehen. Da sich Gallium-reiche Ausscheidungen in Germanium wegen der geringen Differenz in Masse und Elektronenstruktur nur schwer nachweisen lassen, erfolgten die Strukturuntersuchungen hauptsächlich an Siliziumschichten. Die Ergebnisse dieses Modellsystems lassen sich zum großen Teil auf das Verhalten von Gallium in Germanium übertragen. Dieser Vergleich zeigt, dass außer der kritischen Temperatur alle elektrischen Eigenschaften der Gallium-reichen Schichten vom Substratmaterial abhängen. Supraleitung in Gallium-dotiertem Germanium wurde bisher nur bei Temperaturen unterhalb von 1 K beobachtet. Deshalb ist die kritische Temperatur ein geeigneter Parameter, um durch Dotierung hervorgerufene Supraleitung in Germanium von supraleitenden Ausscheidungen zu unterscheiden.

Im Rahmen dieser Arbeit werden laserkristallisierte multikristalline Silicium-Dünnschicht-Solarzellen auf Glas weiterentwickelt. Die Laserkristallisation ermöglicht eine weltweit einzigartige Kristallqualität. Die Ziele der vorliegenden Arbeit sind, das physikalische Verständnis dieses Solarzellentyps zu erweitern und die photovoltaischen Eigenschaften zu verbessern. Dafür werden die Schicht- und Prozessparameter untersucht und optimiert. Präsentiert werden Ergebnisse zur (1) schichtweisen Laserkristallisation des Absorbers, (2) Verringerung der Keimschichtdicke, (3) Einführung einer Barriereschicht, (4) laserbasierten Herstellung der Emitter, (5) Strukturierung der Substratoberfläche, (6) Kontaktierung der Solarzellen, (7) schnelle thermische Ausheilung und Wasserstoff-Passivierung. Die I-V-Parameter von nur 2 mym dünnen Solarzellen erreichen Leerlaufspannungen bis 517 mV, Kurzschlussstromdichten bis 20,3 mA/cm2, Füllfaktoren bis 72% und Wirkungsgrade bis 4,2%.

Die organische Photovoltaik ist im Begriff zu einer marktwirtschaftlichen Konkurrenz zur etablierten anorganischen Dünnschichtphotovoltaik zu werden. Die Vorteile liegen auf der Hand: das Zusammenspiel aus Flexibilität, geringem Gewicht, potentieller Semitransparenz und sehr hoher Produktionsgeschwindigkeit kann in seiner Gesamtheit im Moment keine andere Technologie vorweisen. Auch die geringe Energieeffizienz, welche lange Zeit der größte Schwachpunkt der organischen Photovoltaik war, ist im Begriff an die etablierte anorganische Dünnschichtphotovoltaik heran zu reichen. Im Moment ist die Lebensdauer der Bauelemente der limitierende Faktor. Bei den Ursachen der limitierten Bauelementlebensdauer sind Parallelen zu den organischen Leuchtdioden zu erkennen. In beiden Fällen wurden die instabilen Elektroden als der Hauptgrund der Degradation identifiziert. Der experimentelle Ansatz dieser Arbeit zur eingehenden Untersuchung von Degradationsmechanismen von organischen Solarzellen ist der Einsatz von verschiedenen bildgebenden Methoden in Kombination und mit zeitlicher Auflösung, welcher in dieser Arbeit so das erste mal demonstriert wurde. Im Zusammenspiel mit den dazugehörigen I-V-Kennlinien und dem Wissen über den Zellaufbau kann so nicht nur eine laterale Informationen über die Probe generiert werden, sondern auch eine gewisse Tiefeninformation. Zusammen mit den zeitlich aufgelösten Informationen sind so Aussagen über materialbezogene Degradationsprozesse innerhalb der Solarzellstruktur möglich. Die Vorteile dieser bildgebenden Methoden gegenüber direkten Methoden zur Materialuntersuchung sind die im Vergleich geringen Kosten, der geringe Zeitaufwand und die Zerstörungsfreiheit. Die Alterung von organischen Solarzellen wurde in dieser Arbeit durch künstliche Beleuchtung simuliert und durch Bestimmung ihrer I-V-Kennlinien in-situ ihre Lebensdauer bestimmt. Als Ergebnis konnten durch die oben genannten Methoden neue Erkenntnisse über die Oxidation von Elektroden verschiedenen Materials, den stabilisierenden Einfluss von Titanoxidzwischenschichten auf die Grenzfläche Aktivschicht - Kathode, die Wirkung von Substraten und Versiegelungen auf die Degradation von Polymersolarzellen, aber auch den Anteil der intrinsischen Degradation gewonnen werden. Eine normale Solarzellarchitektur mit potentiell mehreren Jahren Lebensdauer unter realen Bedingungen wurde vorgestellt.

In dieser Arbeit werden die optischen Eigenschaften von Wurtzitstruktur InN und verwandten ternären InGaN und AlInN, sowie quaternären AlInGaN Legierungen untersucht. Der Schwerpunkt wird auf die Charakterisierung mittels spektroskopischer Ellipsometrie gelegt. Die auf Si(111) Substraten gewachsenen InN-Proben und die Kohlstoff dotierten InN-Proben sind im Spektralbereich vom mittleren Infrarot bis hin zum Vakuum-Ultraviolett untersucht worden. Die Elektronenkonzentration für die InN-Proben wird durch selbstkonsistentes Lösen (der Ellipsometriedaten Analyse im Infrarotbereich und der Anpassung des Absorption Ansatz) bestimmt. Die intrinsische spannungsfreie Bandlücke für InN Proben wird unter Berücksichtigung von Vielteilcheneffekten wie der Bandlückenrenormierung und der Burstein-Moss-Verschiebung, sowie dem Einfluss der Verzerrung für die Bandlücke bestimmt. Die k*p-Methode wird verwendet, um die Verschiebung der Bandlücke (beeinflusst durch Verzerrung) zu berechnen. Es wird demonstriert, dass eine Erhöhung des Kohlenstofftetrabromid (CBr4) Drucks während des Wachstumsprozess, die Elektronenkonzentration in den InN-Proben erhöht. Die Indium-verwandten Legierungen wurden im Spektralbereich des nahen Infrarot bis zum Vakuum-Ultraviolett untersucht. Das analytische Modell, der dielektrichen Funktion im Spektralbereich 1-10 eV, für die Indium-verwandte Legierungen wird präsentiert. Durch die Anpassung des analytischen Modells an die experimentellen dielektrischen Funktionen, werden die Bandlücke und die Übergangsenergien im Hochenergie-Bereich evaluiert. Die Bowing-Parameter der spannungsfreien Bandlücke für die ternären Systeme InGaN und AlInN werden bestimmt. Es wird demonstriert, dass der Bowing-Parameter für AlInN von der Komposition der Legierung abhängig ist. Die Kenntnis von Bowing-Parametern für die ternären Legierungen ermöglicht die Entwicklung einer empirischen Gleichung, zur Berechnung der Bandlücke in quaternären Legierungen. Alle experimentell durch Ellipsometrie bestimten Bandlücken der untersuchten Legierungen werden durch ab-initio Daten unterstützt.

Die Lebensdauer von Lichtgenerierten Ladungsträgern in Silizium ist ein wichtiges Qualitätskriterium des Siliziums. Sie hat einen wesentlichen Einfluss auf den Wirkungsgrad einer kristallinen Silizium-Solarzelle. In der vorliegenden Arbeit werden die Einflussfaktoren auf die Ladungsträgerlebensdauer in kristallinem Silizium, das zur Herstellung von Solarzellen verwendet wird, und die Messmethodik zur Bestimmung der Ladungsträgerlebensdauer eingehend untersucht. Insbesondere das Mikrowellendetektierte Photoleitfähigkeitsabklingen (MWPCD) wird detailliert analysiert und mit quasi-stationären Photoleitfähigkeits (QSSPC)-Lebensdauermessungen verglichen. Es wird ein neues, zeitaufgelöstes Auswerteverfahren des MWPCD Signals entwickelt und zur Charakterisierung von Silizium angewendet. Mit Hilfe dieses Verfahrens wird der interstitielle Eisengehalt ortsaufgelöst bestimmt und der Einfluss von Minoritätsladungsträgerhaftstellen untersucht.Ein weiterer Schwerpunkt dieser Arbeit liegt auf der Untersuchung und Charakterisierung des Siliziums, das zur Herstellung von Solarzellen verwendet wird. Es wird die Wirkung einer Eisenverunreinigung in Silizium auf die Solarzellparameter mittels Simulationsrechnungen veranschaulicht. Die Blockhöhenabhängigkeit der Siliziumqualität in multikristallinem Silizium wird empirisch analysiert und mit dem Wirkungsgrad der Solarzellen korreliert. In stark verunreinigtem nach dem Czochralski-Verfahren gezogenem Silizium wird der Einfluss des industriellen Solarzellprozesses auf die Siliziumqualität untersucht.

Die vorliegende Arbeit behandelt die elektronischen Materialeigenschaften von AlGaN/GaN-Heterostrukturen. Die Auswertung optischer Spektren mit komplexen Modellen ermöglichte erstmals die Bestätigung des theoretisch vorausgesagten Verlaufes der Polarisationsdiskontinuität (auch Polarisationsladung genannt) in Abhängigkeit vom Al-Gehalt durch zuverlässige Experimente. Weiterhin wurde festgestellt, dass die Polarisationsdiskontinuität im Bereich von 5 K bis Raumtemperatur konstant ist.Das hier verwendete Verfahren basiert auf der Auswertung von Elektroreflexions- (ER-)spektren und nutzt die spezifische Abhängigkeit der Schichtfeldstärke von der angelegten elektrischen Spannung. In dieser Arbeit wurde das Verfahren konsequent weiterentwickelt und übertrifft so alle alternativen Methoden in der Genauigkeit. ER-Spektren von Gruppe-III-Nitriden weißen generelle Besonderheiten auf. In unmittelbarer Nähe zur Bandkante können ER-Spektren im Gegensatz zu schmallückigen Halbleitern (z.B. GaAs) nicht durch konstante Seraphinkoeffizienten beschrieben werden. Jedoch ergibt die Analyse der Franz-Keldysh-Oszillationen nach der Aspnes’schen Methode wie bei schmallückigen Halbleitern die korrekten Feldstärkebeträge. Optische und insbesondere ER-Spektren von Gruppe-III-Nitridschichten lassen sich nur vollständig durch Berücksichtigung der Exzitonen im elektrischen Feld beschreiben. Dazu wurde in dieser Arbeit ein von Blossey vorgeschlagenes Modell auf die Nitride angewandt und in einer Software umgesetzt. Der dargestellte Ansatz zur Spektrensimulation ist dadurch einzigartig, dass man mit ihm Exzitonen in inhomogenen elektrischen Feldern quantitativ beschreiben kann. Die gute Übereinstimmung von berechneten und experimentellen Spektren bekräftigt die Zuverlässigkeit der in dieser Arbeit bestimmten Materialgrößen. Weiterhin wurde festgestellt, dass die energetische Position der Exzitonenhauptresonanz und deren spektrale Breite näherungsweise einer linearen Abhängigkeit von der elektrischen Feldstärke folgen. Die Wirkungsweise von AlGaN/GaN-Heterostrukturen als chemische Sensoren wurde ebenfalls untersucht. Werden Pt-kontaktierten Proben Wasserstoff ausgesetzt, erhöht sich die Dichte des zweidimensionalen Elektronengases um einige 10 12 e/cm 2 und die Schottkybarriere verringert sich um bis zu 0,85 V. Bei Proben mit unkontaktierter Oberfläche führt die Benetzung mit einer polaren Flüssigkeit (Azeton) zu einer Potenzialerhöhung um 30 mV und zu einer Verringerung der Oberflächennettoladung um 10 11 e/cm 2.

Vorliegende Dissertation beschäftigt sich mit einem reaktiven Sputterprozess zur Abscheidung von ITO-Schichten. Ausgangspunkt der Technologie sind nicht die gemeinhin eingesetzten keramischen Targets, sondern 600 mm lange Legierungstargets. Zur Prozessstabilisierung wird ein auf Plasmaemission basierender Regelkreis eingesetzt. Die Untersuchen belegen, dass mit dieser Regelung tatsächlich über längere Zeiträume eine stabile Prozessführung zu erreichen ist. Die für die optischen und elektrischen Eigenschaften der deponierten ITO-Filme relevanten Prozessparameter werden untersucht. Es sind dies neben dem über den Arbeitspunkt des Regelkreises eingestellten Sauerstofffluss auch Substrattemperatur sowie weniger offensichtliche Größen wie der Substrat-Target-Abstand. Dabei wird insbesondere auf die Abscheidung mit gepulsten Plasmen eingegangen. Zur Plasmageneration werden neuartige bipolare Puls- und Pulspaketgeneratoren verwendet. Um die Auswirkungen der Pulspaketparameter auf die abgeschiedenen Schichten zu interpretieren, wird eine Monte-Carlo-Simulation des Partikelstromes in gepulsten Plasmen entwickelt. Ergebnis dieser Simulation ist die Verteilung der Partikelanzahl und Energie auf beliebigen Ebenen im Prozessraum. Betrachtet werden sowohl abgesputterte Partikel als auch am Target reflektierte Sputtergasatome. Die Resultate der Berechnungen erlauben die Interpretation der Auswirkungen diverser Pulsparameter auf die Eigenschaften der deponierten Schichten. Im weiteren Verlauf der Untersuchungen wird der Einfluss der Prozesskammergeometrie auf die Filmeigenschaften betrachtet. Zu diesem Zweck werden ortsaufgelöst optische Untersuchungen des beschichteten Substrates vorgenommen. Zur Auswertertung dieser Messungen wird ein neuartiges verbundenes Fitverfahren entwickelt, dessen Resultat die Verteilung bestimmter Fitparameter über dem Substrat darstellt. Bei den komplexesten der verwendeten Ansätze für die dielektrische Funktion sind dies zum Beispiel die Dichte der Ladungsträger sowie der ionisierten Störstellen. Den Kern des vorgestellten Verfahrens bildet ein Algorithmus, der die Übereinstimmung zwischen simulierten und an einer bestimmten Stelle des Substrates gemessenen Spektren optimiert und dabei die Resultate benachbarter Messpositionen berücksichtigt. Dieses Verfahren wird dann eingesetzt, um unterschiedliche Prozesskammerbauarten hinsichtlich ihrer Einflüsse auf die darin abgeschiedenen ITO-Schichten zu untersuchen.

Gruppe III-Nitride bieten aufgrund ihrer Materialeigenschaften eine Vielzahl an Anwendungsmöglichkeiten für optische Bauteile und Sensoren. Unter Ihnen haben auch Scandium enthaltende ternäre Verbindungshalbleiter das Interesse der Grundlagenforschung geweckt. In dieser Arbeit wurde das Wachstum von Scandiumgalliumnitrid (ScGaN) auf Si-face 6H-Siliziumcarbid (SiC) mithilfe plasmagestützter Molekularstrahlepitaxie (PAMBE), in einem Ultrahochvakuum-System, etabliert. In Vorbereitung auf das Wachstum wurden die Kontaminationen des SiC-Substrats durch einen HF-Dip und einen Gallium-Anneal entfernt. Die Implementierung von Scandium in das etablierte GaN-Wachstum geht mit einigen Herausforderungen einher: (i) ScN neigt zu kubischem Wachstum und (ii) Gallium tendiert zur Ausbildung von flüssigen Tropfen, bei einem zu niedrigen Angebot von Stickstoff. Das Ziel war es geeignete Wachstumsparameter für das Wachstum von hexagonalen ScGaN zu finden. Hierfür wurden Scandium- und Galliumfluss systematisch variiert. Das Wachstum wurde in situ mithilfe von Beugung hochenergetischer Elektronen bei Reflexion (RHEED) untersucht. Weitere Untersuchungen mit Röntgenphotoelektronenspektroskopie (XPS), Rasterelektronenmikroskopie (SEM) und Ultraviolettphotoelektronenspektroskopie (UPS) gaben Aufschluss auf die Stöchiometrie, Topografie und Valenzbandstruktur der Schichten. Diese Arbeit ist die Grundlage für folgende Untersuchungen an den elektronischen Eigenschaften von epitaktisch gewachsenen ScGaN-Schichten und deren Wechselwirkungen mit Gasmolekülen.

Ziel der Arbeit sind Simulationsrechnungen zur bewussten Homogenitätssteigerung abgeschiedener (Oxid-)Schichten beim Magnetron-Sputtern mittels Substratrotation (und Blenden). Doppelringmagnetronquellen können durch unterschiedliche Leistungen und/oder Magnetstellungen der beiden Targetbereiche bzgl. ihrer Flächenhomogenität eingestellt werden. Eine Verbesserung ist möglich, wenn die zu beschichtenden Substrate planetenartig bewegt werden und/oder geeignete Formblenden benutzt werden. Ausgehend von selbst durchgeführten Homogenitätsmessungen wird durch eine zu programmierende Simulation das Quellenverhalten abgebildet (dabei wird LabVIEW als graphische Programmierumgebung genutzt). Im Ergebnis der Simulationen lassen sich für verschiedene Homogenitätsanforderungen (0.05 bis 0.5% laterale Dickenfehler für Substrate mit Durchmessern im Bereich 50-75mm) unterschiedliche Lagen der Drehzentren und Rotationsverhältnisse finden. Es zeigt sich eine gute Übereinstimmung von Theorie und Experiment.

Lichtinduzierte Degradation kann die Effizienz von Bauelementen aus Bor- oder Indium-dotiertem Czochralski-Silizium wie beispielsweise Solarzellen oder Strahlungsdetektoren um mehr als 1 %abs verringern. Obwohl diese lichtinduzierte Degradation seit etwa 4 Jahrzehnten bekannt ist, gibt es weiterhin einen wissenschaftlichen Diskurs über die Struktur des zugrundeliegenden Kristall-Defekts. Verschiedene Defekt-Modelle wurden vorgeschlagen, um diesen Effekt zu erklären - der ASi-Sii-Defekt ist eines davon. In dieser Arbeit wird lichtinduzierte Degradation von Bor-dotiertem Silizium mithilfe von Tieftemperaturphotolumineszenzspektroskopie untersucht. Um die Konzentration substitutioneller Bor-Defekte zu messen, wird eine Methode zur Bestimmung der Probentemperatur aus Modellierungen der gemessenen Spektren angewandt und eine geeignete Kalibrierfunktion bestimmt. Es wird keine zusätzliche Lumineszenzlinie mit Verbindung zur lichtinduzierten Degradation beobachtet. Des weiteren verändert sich die Konzentration substitutioneller Bor-Defekte nicht durch Beleuchten oder Ausheilen der Probe. Daher können keine neuen Defekte mit Bor-Beteiligung während der lichtinduzierten Degradation entstehen. Stattdessen wird nun angenommen, dass während der Degradation bestehende Defekte aktiviert werden. Um diese Aktivierung im Rahmen des ASi-Sii-Modells zu untersuchen, wurden ab-initio Rechnungen der Energielandschaft des Defekts durchgeführt. Mithilfe der Dichtefunktionaltheorie wurden metastabile Konfigurationen einatomiger Bor- und Indium-Defekte in Silizium gefunden. Mit beiden Akzeptor-Spezies ist der ASi-Sii-Defekt der Grundzustand. Für den Bor-Silizium-Defekt wurde außerdem die Ladungsabhängigkeit der Defektenergie sowie die Energielandschaft von Übergängen zwischen den metastabilen, neutralen Defektkonfigurationen untersucht.

In dieser Masterarbeit soll eine herkömmlich hergestellte Galliumphosphid- (GaP) Probe durch spektrale Standard- und zeitaufgelöste Pump-Probe Ellipsometrie charakterisiert werden. Bei GaP handelt es sich um ein Halbleitermaterial. Es sollen dessen elektronische Eigenschaften vor dem Hintergrund untersucht werden, dass GaP für die solare Wasserspaltung in einer photoelektrochemischen Zelle (PEC) eingesetzt werden soll. Die Bedingungen für die Entwicklung einer PEC werden in dieser Arbeit kurz erläutert. Durch die Erstellung eines entsprechenden Modells bestehend aus Oszillatoren können die ellipsometrischen Messungen ausgewertet und die dielektrische Funktion (DF) der Probe bestimmt werden. Für die zeitaufgelöste Messung wird die DF für jeden einzelnen Zeitschritt bestimmt und in den einzelnen Oszillatoren des Modells werden Änderungen der DF aufgrund von Absorptionsprozessen bei bestimmten Energien deutlich. Besonderes Augenmerk wird in dieser Arbeit darauf gelegt, diese Absorptionsprozesse Übergängen und Prozessen in der Bandstruktur von GaP zuzuordnen. Dafür werden die Oszillatorverläufe mit durch DFT berechneten Übergangswahrscheinlichkeiten und Energien der Bandstruktur von GaP verglichen. Für die spektrale Standard-Ellipsometriemessung wurde ein WVASE32 Ellipsometer verwendet. Die zeitaufgelösten Pump-Probe Ellipsometriemessungen wurden mit einem umfangreicheren Messaufbau durchgeführt, der in der Arbeit näher erläutert wird.

Die chemische und elektronische Struktur der Oberfläche von Elektrolyten wurde mittels Röntgenphotoelektronenspektroskopie (XPS) analysiert. Die untersuchten Elektrolyte bestehen aus einer ionischen Flüssigkeit (IL), in der ein oder zwei Salze aufgelöst sind. Als Lösungsmittel wird entweder EMIm[Tf2N] oder BMP[Tf2N] verwendet. Binäre Elektrolyte entstehen durch das Mischen einer IL mit unterschiedlichen Konzentrationen des Lithiumsalzes Li[Tf2N]. In den binären Proben wurde eine Anreicherung von Lithium bestätigt. Diese tritt ab einer Konzentration von 0,2 M Li[Tf2N] in BMP[Tf2N] und ab 0,5M Li[Tf2N] in EMIm[Tf2N] auf. Es wurde nachgewiesen, dass binäre Elektrolyte mit EMIm[Tf2N] für Salzkonzentrationen ≥ 0,5M nicht stabil gegenüber der monochromatischen Al-Kα Röntgenstrahlung sind. In ternären Systemen wurden das Lithiumsalz Li[Tf2N] und das zwitterionische Salz Vinyl-Im(C3)-SO3 in jedem IL aufgelöst. An der Oberfläche der ternären Proben mit BMP[Tf2N] konnte kein Zwitterion nachgewiesen werden und es wurde eine Anreicherung von Lithium beobachtet. An der Oberfläche der anderen ternären Proben wurde kein Lithium nachgewiesen und die Anhäufung von Zwitterionen wurde bestätigt.

Das Ziel dieser Arbeit bestand in der Untersuchung des Zusammenwirkens zwischen den ionischen Flüssigkeiten EMIm[Tf2N] beziehungsweise BMP[Tf2N], in welche jeweils das Salz Na[Tf2N] in verschiedenen Konzentrationen gegeben wurde. Unter Zuhilfenahme von winkelaufgelöster Photoelektronenspektroskopie wurden verschiedene Schichttiefen untersucht. Eine eindeutige Abhängigkeit der Resultate von den verwendeten Kationen (EMIm oder BMP) konnte nachgewiesen werden. Die geschichtete Anordnung des Natrium-Ions scheint in BMP[Tf2N] einem systematischeren Verlauf zu folgen als in EMIm[Tf2N]. Auch die Verteilung der Kat- und Anionen der ionischen Flüssigkeit hängt empfindlich vom Zusammenspiel von Na[Tf2N] und EMIm[Tf2N] beziehungsweise BMP[Tf2N] ab und spiegelt die Komplexität derartiger Systeme wieder.

Die zentrale Themenstellung der vorliegenden Abschlussarbeit liegt in der Konzentrationsbestimmung gasförmiger Substanzen durch mikromechanisch gefertigte Wärmeleitfähigkeitsmesszellen. Im Kontext der Entwicklung moderner Anästhesiegeräte soll ein neuartiges Messprinzip basierend auf der zuvor genannten Methode umgesetzt und untersucht werden, das die Konzentrationsmessung volatiler Anästhetika anhand deren im Vergleich zu herkömmlichen Trägergasen verschiedenen Wärmeleitfähigkeiten erlaubt. Während in vorangegangenen Untersuchungen die Eignung und Umsetzbarkeit des Messprinzips demonstriert wurde, soll dieses nun für die aktuelle, noch unerprobte Hardware realisiert werden. Dabei werden der grundlegende Messeffekt detailliert in Theorie und Experiment untersucht, sowie einige noch ungeklärte Aspekte beleuchtet. Anschließend gilt es, aus den Messergebnissen einen analytischen Zusammenhang zwischen den zentralen Messgrößen und der Anästhesiegaskonzentration zu generieren. Mit dem somit gewonnenen sensorischen Funktionsmuster kann dessen Genauigkeit sowie die Reproduzierbarkeit der Messung ergründet werden. Einen wesentlichen Bestandteil der Arbeit bildet die anschließende Untersuchung zweier strömungsmechanischer Effekte, die im Kontext der Anästhesiegeräte bedeutsam sind. Anhand des Funktionsmusters können die Auswirkungen dieser Phänomene für die zu entwickelnde Sensorik quantitativ abgeschätzt werden.

Bei der Transient-Current-Technique (TCT) handelt es sich um eine opto-elektronische Methode zur Untersuchung von Photodioden. Hierbei wird die Photodiode mit einem Laserpuls mit einer Breite von wenigen Nanosekunden beleuchtet. Der dadurch in der Diode induzierte Strompuls wird zeitaufgelöst gemessen. Durch eine gezielte Bewegung des Laserpunktes auf der Ober- oder Seitenfläche der Diode wird außerdem eine Ortsauflösung erreicht. Aus den so gemessenen Strompulsen können anschließend Größen wie die in der Diode generierte Ladung, die Anstiegszeit des Signals sowie das Maximum des Pulses berechnet werden. Hierdurch wird eine Charakterisierung der untersuchten Photodiode ermöglicht. Ziel dieser Arbeit ist es, spätere TCT-Messungen am CiS Forschungsinstitut für Mikrosensorik vorzubereiten. Dazu gehört der Entwurf von Leiterkarten zur für die TCT geeigneten elektrischen Kontaktierung von Photodioden. Außerdem sollen Verfahren zur Bestimmung der Laserfleckgröße und zur Rekonstruktion der in der Diode induzierten Strompulse aus den gemessenen Strompulsen entwickelt und angewendet werden. Dies soll anhand verschiedener Typen am CiS entwickelter Photodioden getestet werden. Hierbei werden an diesen Dioden verschiedene Arten von TCT-Messungen durchgeführt. Ein großer Bestandteil dieser Arbeit soll die Programmierung der Auswertung von TCT-Messungen sein, um auch in Zukunft aus Messdaten die gewünschten Messgrößen automatisch berechnen und graphisch darstellen zu können. Des Weiteren sollen die in Abschnitt 3.2.1 vorgestellten Dioden durch eine Bestimmung der Zeit, die diese benötigen, um in Form eines Stroms auf eine optische Anregung zu reagieren, weiter charakterisiert werden.

Im Falle von Lithium-Ionen-Batterien ist es möglich, drei Komponenten zu verbessern - die Anode, die Kathode und den Elektrolyten. In dieser Masterarbeit wurden Elektrolyten untersucht, die als Basis ionische Flüssigkeiten besitzen. Zusätzlich wurde zur Verbesserung der Leitfähigkeit ein sogenanntes zwitterionisches Salz hinzugefügt. Die Leitfähigkeit wurde mit elektrostatischer Impedanzspektroskopie bestimmt und diskutiert. Das Hauptaugenmerk der Arbeit liegt auf der Oberflächenzusammensetzung der Elektrolyten. Diese wurde mittels Röntgenphotoelektronenspektroskopie (XPS) ermittelt. Diese Messmethode ist sehr oberflächensensitiv und findet in einem Ultra-Hoch-Vakuum statt. Flüssigkeiten sind in der Regel von solchen Untersuchungen ausgeschlossen, doch der geringe Dampfdruck der ionischen Flüssigkeiten machen sie zu einem interessanten Forschungszweig. Das zwitterionischen Salz hat in Abhängigkeit von der verwendeten ionischen Flüssigkeit in Bezug auf die Oberfläche unterschiedliche Auswirkungen.

Die Automobilindustrie strebt danach, den Fahrgastinnenraum durch Beleuchtung unterschiedlicher Elemente wie Schalter, Flächen und Konturen so individuell und ansprechend wie möglich zu gestalten. Diese Beleuchtungen werden aus fertigungs- und kostentechnischen Gründen aus Kunststoffen hergestellt werden. Um eine Kontur gleichmäßig beleuchten zu können, wird neben einer Punktlichtquelle eine Kombination aus zwei Kunststoffbauteilen, dem Lichtwellenleiter und der Streuscheibe benötigt. Während der Lichtwellenleiter aus einem glasklaren, transparenten Material mit hoher Lichttransmission (Plexiglas, 99% Transmission) gefertigt wird, wird für die Streuscheibe ein diffuses, lichtstreuendes Material verwendet (Polycarbonat mit Streupartikeln angereichert, opak milchig, mindestens 66% Transmission). Diese beiden Materialien stehen im Zusammenbau in direktem Oberflächenkontakt und erzeugen ein ungewolltes Quietschgeräusch, das auf den Stick-Slip Effekt zurückzuführen ist. Dieser entsteht, wenn sich kontaktierende Oberflächen gegeneinander bewegt werden und die Haftreibung der beiden Materialien viel größer ist als die Gleitreibung. Der Effekt kann durch eine Veränderung der Oberflächeneigenschaften bzw. der beiden Materialien gesteuert werden. Damit diese Veränderungen auch im vorliegenden Fall der Beleuchtungsteile Verwendung finden können, werden die gefundenen Lösungen mittels Leuchtdichteprüfung (Berechnung der relativen Leuchtdichte über eine Aufnahme mittels Leuchtdichtekamera), Transmissionsmessung (Aufnahme von Farbkoordinaten und relativer Transmission mittels Ulbrichtkugel und Spektrometer) und Stick-Slip Test (Prüfstand nach VDA Norm 230 206) untersucht. Da der Einsatz von herkömmlichen Schmiermitteln Beleuchtungsfehler hervorruft, werden verschiedene Stick-Slip hemmende Materialien, sowohl über Additiv Zugabe im Rohmaterial als auch vom Hersteller fertige Anti Stick-Slip Kunststoffe getestet. Sowohl bei Vermessung der zunächst hergestellten Musterplatten als auch in realer Anwendung bei einem Serienbauteil kann keines der Materialien überzeugen. Zwar werden die lichttechnischen Eigenschaften kaum beeinflusst, der Stick-Slip ist aber auch nicht unterbunden und es treten weiterhin Quietschgeräusche auf. Für künftige Beleuchtungsprojekte ergibt sich damit eine weitere Forschung nach optimalen Materialien und Lösungsmethoden wie Oberflächenrauheiten.

In dieser Bachelorarbeit sollen mittels der spektralen Ellipsometrie gesputterte Sc(x)Al(1-x)N-Schichten mit verschiedenen Scandiumkonzentrationen x anhand ihrer dielektrischen Funktion charakterisiert werden. Die Dicke der Schichten wird ebenfalls durch Ellipsometrie bestimmt. Bei Sc(x)Al(1-x)N handelt es sich um ein piezoelektrisches Material, welches noch nicht hinreichend untersucht wurde. Die Arbeit ist also der Grundlagenforschung dieses Materials zuzuordnen. Sc(x)Al(1-x)N erreicht hohe Polarisationen durch das Ersetzen von Aluminium mit Scandium. Es soll weiterführend mit einem magnetostriktiven Material kombiniert und als Dielektrikum für einen magnetfeldsensitiven, elektrischen Sensor eingesetzt werden. Deswegen ist es von Bedeutung die dielektrische Funktion von Sc(x)Al(1-x)N zu kennen. Der Aufbau und die Funktionsweise eines solchen Sensors wird im folgenden Kapitel erläutert. Besonderes Augenmerk wird in dieser Arbeit darauf gelegt, ob es möglich ist, einen Zusammenhang zwischen dem Scandiumgehalt und der dielektrischen Funktion der einzelnen Proben zu finden. Für die dielektrische Funktion wird ein Cauchy-Modell mit zusätzlichem Urbach-Absorptionsterm angesetzt. Die Gründe dafür werden in dem entsprechenden Kapitel dargelegt. Aus dem Modell ergeben sich Parameter, die auch in weiteren Messverfahren wie z. B. der Weißlichtinterferometrie genutzt werden sollen. Für die spektralen Ellipsometriemessungen wird ein WVASE32 Ellipsometer verwendet.

In dieser Bachelorarbeit erfolgt eine grundlegende Charakterisierung gesputterter Sc(x)Al(1-x)N-Schichten, welche als vielversprechendes piezoelektrisches Material für die Anwendung in der Magnetfeldsensorik im Bereich mikroelektromechanischer Systeme gelten. Durch die Einbindung eines bestimmten Anteils x an Scandium in die hexagonale Struktur des AlN erfolgt eine Änderung des Bindungscharakters im Materialsystem. Aus der so ansteigenden Fähigkeit der Polarisation in der Gitterstruktur resultiert ein starker piezoelektrischer Effekt, der zusammen mit einem magnetostriktiven Material als Magnetfeldsensor fungieren soll. Eine Reihe ausgewählter Sc(x)Al(1-x)N-Proben wird mittels Röntgenphotoelektronenspektroskopie auf ihre genaue Zusammensetzung, besonders auf den Scandiumgehalt x, untersucht. Anschließend wird in Abhängigkeit von x die Gitterkonstante c der hexagonalen Struktur mit Hilfe der Röntgendiffraktometrie ermittelt. Zudem erfolgt eine optische Charakterisierung des Materials in Form der Raman- und Infrarotspektroskopie, um einen genauen Überblick der Änderung der Schwingungsbanden in Sc(x)Al(1-x)N in Abhängigkeit von x zu gewinnen. Zusätzlich können anhand der gewonnen Daten Aussagen über die kristalline Qualität der Struktur getroffen werden. Zuletzt werden die gefundenen Ergebnisse der verschiedenen Messmethoden miteinander korreliert und verglichen. Das weiterführende Ziel im Anschluss an diese Arbeit ist die genaue Quantifizierung der piezoelektrischen Reaktion von Sc(x)Al(1-x)N in mikroelektromechanischen Sensoren. Als Grundlage hierfür und für ein genaueres Verständnis des Materialsystems Sc(x)Al(1-x)N wurde diese Bachelorarbeit angefertigt.

In dieser Bachelorarbeit habe ich mich mit den sogenannten "Bound states in the continuum" (BIC) beschäftigt. BIC sind spezielle Zustände, die in der Physik auftreten können. Es werden zwei Beipiele dieser Zustände besprochen. Des Weiteren wurden die Ergebnisse der Veröffentlichung "Localization versus Delocalization of Surface Plasmons in Nanosystems: Can One State Have Both Characteristics?" von Mark Stockmann et al. (Phys. Rev. 87, 167401-1 (2001)) mithilfe des Computer-Algebra-Systems Octave reproduziert. Optische Nanosysteme sind insbesondere für potentielle Anwendungen in optischen Computern interessant. Es konnte gezeigt werden, dass die Oberflächenplasmonen eines zufälligen Systems aus zwei verschiedenen Materialien nicht alle lokalisiert sind. Es wurde außerdem verifiziert, dass die Zustände zum Teil nicht an das Fernfeld koppeln.

Hochleistungsscheibenlaser zeigen mit zunehmender Pumpleistung starke Oberflächenabberationen des aktiven Spiegels. Diese beeinflussen die Modenausbreitung im Oszillator und damit die Strahlqualität des erzeugten Laserstrahls. Zur effektiven Kompensation der auftretenden Störungen bietet sich der intrakavitäre Einsatz einer adaptiven Optik an. Im Gegensatz zu einer extrakavitären Korrektur des Strahls kann die Störung eines Einzeldurchlaufes im Resonator mit verhältnismäßig geringem Hub kompensiert werden. Um den hohen Strahlungsintensitäten innerhalb einer Laserkavität standhalten zu können, kommt eine wassergekühlte, thermisch aktivierte adaptive Optik zum Einsatz. Platziert in der konjugierten Ebene des aktiven Spiegels kann sie direkt auf entstehende Oberflächenabberationen einwirken. Die Arbeit beschreibt die grundlegende Charakterisierung der verwendeten Optik, den Aufbau eines Versuchsresonators sowie den geregelten Einsatz der adaptiven Optik im Hochleistungslaserbetrieb. Es konnte gezeigt werden, dass das Konzept der thermisch modulierten adaptiven Optik den hohen Ansprüchen im Resonator gerecht werden kann. Die Korrektur von Oberflächenabberationen der Verstärkerscheibe wird demonstriert. Weitergehende Untersuchungen zeigen das Optimierungspotential der Optik in Bezug auf erreichbaren Maximalhub und Kantensteilheit.

Es wurden die Schwingungseigenschaften von einseitig und beidseitig eingespannten Balkenstrukturen im [my]m Bereich untersucht. Diese Resonatoren bestehen aus einem Doppelschichtsystem, welches aus einer piezoelektrischen Schicht, in diesem Fall AlN und einer magnetostriktiven Schicht, in diesem Fall Ni, zusammengesetzt ist. Die theoretischen Grundlagen basieren auf der Euler-Bernoulli-Biegebalkentheorie. Mit Hilfe eines Vibrometers wurden Eigenfrequenzspektren dieser Resonatoren gemessen. Das Schichtsystem wurde mit dem Rasterelektronenmikroskop validiert. Mit Hilfe eines optischen Mikroskops wurden geometrische Vermessungen an den Resonatoren durchgeführt. Der Elastizitätsmodul dieses Schichtsystems wurde bestimmt. Es wurden die Abhängigkeiten für die Güte und die Verspannung von den einzelnen Resonatoren dargestellt. Es wurde eine Simulation mit Finiter-Elemente-Methode für jeden Resonator durchgeführt. Die Simulationsergebnisse wurden mit den Messergebnissen verglichen. Es stellte sich heraus, dass die Euler-Bernoulli-Biegebalkentheorie hier eine gute Anwendung findet. Weiterhin stellte sich heraus, dass die breiten und kurzen einseitig eingespannten Balkenstrukturen sehr große Abweichung verursachen und deshalb ungeeignet sind. Für die beidseitig eingespannte Balkenstrukturen wurde ein Ausblick über einen künftigen Mittelweg zwischen Haltbarkeit und gutem Schwingverhalten gegeben.

Der Elektronenleckstrom ist eins der Hauptverlustmechanismen in AlGaN basierten Licht emittierenden Bauelementen (UV-LEDs). Dieser kann durch das Hinzufügen einer Schicht mit einer breiten Bandlücke, einer Elektronenblockschicht (EBL), in die Heterostruktur und die daraus resultierende Leitungsbanddiskontinuität, die typischerweise 0,3 bis 0,8 eV beträgt, reduziert werden. Durch das aufeinanderstapeln mehrerer Nanometer großen EBLs aufeinander, kann eine zusätzliche virtuelle Barriere (VB) für die Elektronen in den sogenannten Multiquantumbarrieren (MQB) entstehen. Es wurden numerische Untersuchungen durchgeführt um die Breite der VB in AlGaN-MQBs zu quantifizieren und die Strukturen gegenüber von Fluktuationen zu optimieren. Die Beachtung der Polarisationsfelder und die Berechnung des Bandprofils erfolgte durch die selbstkonsistente Lösung der Schrödinger- und der Poisson-Gleichungen. Die Transfermatrixmethode und die Esaki-Tsu-Stromformel wurden benutzt um die Elektronenreflexionswahrscheinlichkeiten und die Strom-Spannungs-Charakteristiken zu berechnen. Die Simulationen zeigen einen Anstieg der effektiven Elektronenbarriere von bis zu 66\% durch die Anwendung einer optimierten Al$_{0,2}$Ga$_{0,8}$N/GaN-MQB gegenüber einer Al$_{0,2}$Ga$_{0,8}$N EBL der gleichen Breite. Ansätze zur experimentellen Verifikation der VB wurden ebenfalls diskutiert.

In der vorliegenden Arbeit wurde das Passive Infrarot Nachtkühlung-System (PINC-System), welches am Energy Efficiency Center (EEC) installiert ist, in der Simulationsumgebung TRNSYS abgebildet. Hierbei wurde das PINC-System kombiniert mit einer thermischen Gebäudesimulation. Die Kälteübergabe in den Räumen wurde in der Simulation über Kühldecken realisiert. Das Simulationsmodell konnte anhand realer Monitoringdaten des EEC validiert werden. Die Hauptaufgabe bestand darin, das PINC-System des ECC in TRNSYS als Modell aufzubauen. Das PINC-Modell wurde mit den Monitoring-Daten des Jahres 2015 validiert bzw. überprüft. Aus dem validierten Modell wurde im nächsten Schritt das PINC-System mit einem Gebäude-Modell verbunden. Danach wurde ein Vergleich zwischen dem PINC-System und einer Kältemaschine vollzogen, um das PINC-System exakt bewerten zu können. Anschliessend wurden verschiedene Szenarien definiert und anhand von Simulationen evaluiert. Hierbei wurde entweder eine konventionelle Kühldecke oder eine PCM-Kühldecke im Gebäude verwendet. Die Ergebnisse bestätigten, dass das SEER des PINC-Systems ist effektiver als das SEER der konventionellen Kältemaschine. Andererseits verbraucht die PCM-Kühldecke mehr Energie, als die konventionelle Kühldecke.

Ziel dieser Arbeit ist die Entwicklung und der Aufbau von strahlungsfesten relativen Feuchtesensoren, die später im ATLAS-Detektor des LHC eingesetzt werden sollen. Die Sensoren sollen unter Einfluss hoher Dosen ionisierender Strahlung einsatzfähig sein. Es ist notwendig die Sensoren aufgrund der thermischen Ankopplung an Baugruppen, die stark gekühlt werden, vor Fehlfunktion oder gar Zerstörung durch Betauung zu schützen. Mit dieser Neuentwicklung sollen relative Feuchtigkeitsmessungen zur Bestimmung des Taupunkts während dem Betrieb von Beschleunigeranlagen in der Hochenergiephysik durchgeführt werden. Anwendungsbereiche stellen hierbei die physikalische Grundlagenforschung und Bereiche der Medizintechnik dar. Dazu werden zunächst zwei verschiedene Beschichtungsmethoden mit Sol-Gelen angewendet. Anschließend werden die Sensoren durch die Messmethode der Impedanzspektroskopie analysiert und mittels eines Fit-Programms charakterisiert. Des Weiteren werden die Eigenschaften des elektrischen Feldes durch eine FEM-Simulation verifiziert.

Das Ziel dieser Bachelorarbeit war die Untersuchung verschiedener pn- Übergänge in einem Temperaturbereich von 4K bis 300K. Diese sollen zur Temperaturmessung, ohne aufwendige Einzelkalibration der Bauelemente, eingesetzt werden. In den durchgeführten Experimenten wurden das Substrat, die Implantationsparameter, die Größe und die Geometrie der Dioden verändert. Gemessen und ausgewertet wurden dabei die U-I Kennlinien und die U-T Kennlinien. Die Verwendung von verschiedenen Berechnungsmethoden der kalibrationsfreien Temperaturmessung (Methode nach Verster, Methode nach Goloub) und der 1-Punkt Kalibrierung ermöglichen die Aussage, welche Dioden am besten für einen Einsatz als Temperatursensoren geeignet sind. Dazu wird insbesondere bei der 1-Punkt Kalibrierung ein diodenspezifischer Faktor verwendet, der die Abweichung der U-T Kennlinie vom idealen Verlauf angibt. Das ermöglicht einen einfachen Vergleich verschiedener pn-Übergänge ohne aufwendige Untersuchungen. Die Untersuchungen haben gezeigt, dass bei Variation des Substrates und der Implantationsparameter starke Veränderungen bezüglich der Genauigkeit bei der Temperaturbestimmung auftraten. Sowohl Geometrie als auch Größe der Dioden sind nicht so sehr von Bedeutung. Es konnten quantitative Zusammenhänge beschrieben werden. Die in dieser Arbeit erläuterten theoretischen Grundlagen wurden im Rahmen der durchgeführten Messungen bestätigt. Somit ist es möglich, mit den Ergebnissen dieser Arbeit eine Diode herzustellen, welche optimale Eigenschaften für die Temperaturmessung besitzt.

Das Hauptziel der vorliegenden Arbeit ist die Untersuchung eines optischen Bauelements für die multispektrale Snapshot Bildgebung. Dieses Bauelement wird als Resonant Tunneling Prisma (RT Prism TM) bezeichnet. Es spaltet einfallende elektromagnetische Strahlung in mehrere Wellenlängenkanäle auf. Es wird ein Messaufbau dargelegt, welcher die multispektrale Bildgebung auf Grundlage des Prismas demonstriert. In der Arbeit werden die optischen Eigenschaften von dielektrischen Vielschichtsystemen numerisch untersucht. Die Untersuchungen erfolgen mittels Transfermatrixformalismus. Dabei wird gezeigt, wie ein dreischichtiges System aus dem sogenannten Frustrated Total Reflection Interference Filter, durch die Erweiterung auf ein fünfschichtiges System für die multispektrale Bildgebung optimiert werden kann. Die numerischen Ergebnisse werden mit den experimentellen Eigenschaften des Prismas verglichen und diskutiert. Es wird gezeigt, wie multispektrale Bilder durch einen Messaufbau mittels des Prismas aufgenommen werden können. Es wird eine Messmethode dargelegt, welche zur Bestimmung der Wellenlängen der transmittierten Kanäle geeignet ist. Weiterhin wird eine Methode gezeigt, übliche Kamerasensoren zu eichen, um sie für Messzwecke verwenden zu können. Um die transmittierten oder reflektierten Intensitäten der Pixel der aufgenommenen Bilder zu bestimmen, wird eine Methode zur Auswertung der Bilder beschrieben. Die Ergebnisse der Arbeit zeigen, dass es prinzipiell möglich ist multispektrale Snapshot Bildgebung auf Basis des RT Prismas zu betreiben.

Ein chromatisch konfokaler Sensor wird im Rahmen dieser Arbeit charakterisiert. Dabei handelt es sich um einen optischen Topographiesensor. Es wird untersucht, ob dieser Sensor im Gegensatz zu vielen anderen optischen Topographiesensoren unabhängig von verschiedenen Oberflächeneigenschaften messen kann. Die betrachteten Eigenschaften sind das Material, die Geometrie und die Rauheit der Oberfläche. Zuerst wird an Normalen festgestellt, welche Messgrößen mit dem Sensor bestimmt werden können. Weiterführend wird der Einfluss der erwähnten Oberflächeneigenschaften auf das Messverhalten des Sensors untersucht. Als Referenz werden dazu noch zwei weitere Messverfahren herangezogen, die Weißlichtinterferometrie und die Fokusvariation. Es zeigt sich, dass die Messqualität des Sensors nicht unabhängig von diesen Oberflächeneigenschaften ist. Gerade das Zusammenwirken von Geometrie und Rauheit hat einen großen Einfluss.

Jeden Tag passieren eine Vielzahl von Autounfällen, bei denen Menschen in lebensgefährliche Situationen geraten. Der einzige Schutz, den die Passagiere dabei haben, geht von ihrem Fahrzeug aus. Aus diesem Grund ist es wichtig, dass alle Teile des Fahrzeugs aufeinander abgestimmt sind und die beim Aufprall wirkenden Kräfte von den Strukturteilen des Fahrzeugs statt vom Insassen aufgenommen werden. Eine sehr wichtige Sicherheitskomponente stellt dabei der Fahrzeugsitz dar. Durch seine optimale Anpassung an den Körper kann der Sitz auftretende Kräfte aufnehmen und den Passagier schützen. Eine wesentliche Komponente ist die Höhenverstellungswelle des Sitzes. Vor allem beim Seitenaufprall stellt die Welle den Überlebensraum des Insassen sicher. Aus diesem Grund beschäftigt sich diese Bachelorarbeit mit dem Strukturbauteil Höhenverstellungswelle. Bei der Herstellung von Höhenverstellungswellen eines Fahrzeugsitzes spielt die plastische Verformung von polykristallinen Metallen eine wichtige Rolle. Dabei werden zur Stabilisierung der Seitenteile des Sitzunterbaus sogenannte Tulpen benötigt. Um die Tulpen zu erzeugen, muss das Grundmaterial eine hohe Verformbarkeit aufweisen. Vor allem die chemische Zusammensetzung der handelsüblichen Stähle beeinflusst die Verformbarkeit sowie mechanische Eigenschaften der verwendeten Legierungen. Die plastische Verformung bei Raumtemperatur führt generell zu einer Steigerung der Festigkeit des Grundmaterials. Dieser Vorgang wird auch als Kaltverfestigung bezeichnet, wobei die Bildung von Versetzungen entscheidend ist. Eine Kaltverfestigung mit einem nachfolgenden geforderten Umformvorgang ist jedoch destruktiv. Es können Mikrorisse im Material entstehen, die bei starker Beanspruchung zu einem frühzeitigen Versagen des Bauteiles führen. Zur Vermeidung dieser Problematik wurde daher im Rahmen dieser Bachelorarbeit der Einfluss des Umformgrades bei Tulpen der Höhenverstellungswellen im Fahrzeugsitz genauer untersucht. Hierfür wurden verschiedene Werkstoffe sowie Tulpengeometrien variiert und deren Einfluss auf die Festigkeit geprüft. Als weitere Einflussgröße wurde die Umformgeschwindigkeit untersucht. Ein abschließender Überblick zeigt die Möglichkeit einer optimalen Kombination von Material, Umformgeschwindigkeit, Wellen- sowie Tulpengeometrie.

Für die wellenlängen-, temperatur- und polarisationsabhängige Vermessung des thermooptischen Koeffizienten dn/dT eines optischen Kristalls wird in dieser Arbeit eine interferometrische Messmethode mit zwei konzeptionell unterschiedlichen Messmodi vorgestellt. Wichtige Einflussgrößen für die Vermessung von Lithiumniobat werden diskutiert und weitestgehend ausgeschlossen. Zur Auswertung der Messergebnisse werden zwei verschiedene Methoden eingeführt. An kongruentem Lithiumniobat wird der thermooptische Koeffizient mithilfe einer im sichtbaren und nahinfraroten Spektralbereich durchstimmbaren Laserlichtquelle im Temperaturbereich von 20 ˚C bis 150 ˚C bei Wellenlängen zwischen 460 nm und 600 nm sowie 900 nm und 1130 nm vermessen. Die Ergebnisse werden in Form einer Schott-Gleichung angegeben. Für kongruent dotiertes sowie stöchiometrisches Lithiumniobat werden Vergleichsmessungen durchgeführt und diskutiert.

Die Raman-Spektroskopie ist eine wichtige Methode zur Analyse von Biomolekülen. Diese Arbeit soll die Eignung einer photonischen Hohlkernfaser zur Verstärkung des Raman-Signals einer Flüssigkeit zeigen. Grundlage dafür ist die Leitung des Lichtes in der Flüssigkeit durch modifizierte innere Totalreflexion. Infolgedessen steigt die Anzahl der mit dem elektromagnetischen Feld wechselwirkenden Teilchen und damit die Raman-Intensität. Durch eine numerische Simulation konnten die wesentlichen Lichtleitungseigenschaften der Faser theoretisch vorhergesagt werden. Im Experiment wurde zuerst wurde die Mikrostruktur der Faser mit einem Fusion-Splicer verschlossen um den Kern anschließend selektiv mit Flüssigkeit zu befüllen. Die so präparierte Faser zeigt Transmission von 400-850nm. Anschließend wurde die Faser mit Ethanol befüllt und das Raman-Signal aus dem Faserkern für verschiedene Anregungswellenlängen aufgenommen. Der Vergleich mit einer Küvettenmessung zeigt eine Verstärkung des Raman-Signals um das maximal zwölffache. Diese Methode ermöglicht die Detektion niedriger Konzentrationen in geringen Probenmengen und kann in Biomedizin, Pharmazie oder Umweltanalytik angewendet werden.

Die Untersuchung der Wechselwirkung von Graphen mit seiner lokalen Umgebung ist wichtig, um es als wegweisendes Material in der Elektronik der Zukunft gezielt einsetzten zu können. Deshalb wurde in der vorliegenden Arbeit auf das Substrat Iridium(111) eine Graphen-Monolage aufgebracht, um in dieser ein-atomare Kohlenstoff-Fehlstellen zu erzeugen und näher zu untersuchen. Mit Hilfe eines Rastertunnelmikroskops wurden die Monovakanzen im Graphen sowohl topographisch als auch spektroskopisch näher betrachtet. Topographische Aufnahmen der ein-atomaren Fehlstellen zeigen häufig eine dreieckige Form; die Fehlstellen im Graphen sind zudem im Messmodus konstanten Tunnelstroms oft von einer regelmäßig erscheinenden Struktur umgeben. Spektroskopische Untersuchungen weisen darauf hin, dass die elektronische Zustandsdichte der lokalen Oberfläche an ein-atomaren Fehlstellen nicht signifikant von der elektronischen Struktur des intakten Graphens abweicht; insbesondere wurde an den ein-atomaren Fehlstellen gegenüber dem intakten Graphen kein erhöhter Einfluss durch das Metall-Substrat Iridium(111) beobachtet.

In dieser Arbeit wurde die ordentliche und außerordentliche dielektrische Funktion (DF) von Zinkoxid (ZnO) untersucht. Hierzu wurden undotierte ZnO-Einkristalle und dotierte ZnO-Filme mit spektraler Ellipsometrie (SE) vermessen und anschließend mit verschiedenen Modellen ausgewertet. Aus der DF der ZnO-Einkristalle und vorliegenden Reflexionsdaten wurde bei deren Auswertung das Temperaturverhalten der verschiedenen Beiträge (Exzitonen, Band-zu-Band-Übergänge und Exziton-Phonon-Komplexe) zur DF innerhalb eines Temperaturbereichs von 5 K bis 790 K bestimmt. Hierbei wurde die temperaturabhängige Verschiebung der Bandkante, Verbreiterungen der Exzitonen, sowie die Oszillatorstärke der Exzitonen und Exziton-Phonon-Komplexe ermittelt. In technologischer Hinsicht wurde aus den SE-Daten für dotierte ZnO-Filme die Elektronenkonzentration, Beweglichkeit, Leitfähigkeit und der Oberflächenwiderstand berechnet, sowie die dotierungsabhängige Verschiebung der Bandkante gemessen und erklärt.

In dieser Arbeit wird ein laserbasierter Temperprozess für ZnO:Al entwickelt und untersucht. Prozessparameter für einen Laserprozess, der zu signifikanten Verbesserungen der elektrischen und optischen Eigenschaften von ZnO:Al führt, werden angegeben. Der Prozess des Laser-Kurzzeittemperns wird für ZnO:Al-Schichten bei den Dotierkonzentrationen 1wt.\% und 2wt.\% untersucht. Die Untersuchung konzentriert sich auf eine Laserbehandlung an Luft und unter Silikonöl-Deckschichten. Für ZnO:Al 2wt.\% auf texturiertem Substrat wurde das Laser-Kurzzeittempern an Luft durchgeführt. - Der Emissionsgrad von ZnO:Al Schichten bei diversen Wechselwirkungszeiten, als Verhältnis von Stahldurchmesser des Laserstrahls zu Vorschubgeschwindigkeit des Lasers, wird untersucht. Die während der Laserbehandlung auftretenden Temperaturen werden mittels Infrarotthermographie gemessen.

In dieser Arbeit wurde ein Laserprozess entwickelt und charakterisiert, um die Metallisierung von rückseitenkontaktierten Solarzellen zu strukturieren. Dieser Prozess kann in zwei Varianten durchgeführt werden. Variante 1 benötigt eine zusätzliche Ätzbarriere auf der Metallisierung, die im Strukturierungsvorgang selektiv aufgetrennt wird. Anschließend folgt eine Öffnung der Lasergräben mittels einer Ätzung in KOH-Lösung. Für große Dicken und Inhomogenitäten auf der Probenoberfläche ist dieser Prozess vorteilhaft, da eventuelle Defekte durch den Ätzschritt entfernt werden. Variante 1 ist erfolgreich als Standardverfahren für die Prozessierung von IBC-Zellen eingesetzt worden. Das Hauptaugenmerk dieser Arbeit lag auf der Entwicklung der alternativen Variante 2. Diese verwendet keinen Ätzschritt, da die Polaritäten der Metallkontakte in einem einstufigen Laserschritt direkt voneinander separiert werden. Dazu wurden vielfältige Versuche in Abhängigkeit von der Laserwellenlänge, der Pulsenergie, der Repetitionsrate, der Fokuslage, der Schreibgeschwindigkeit und von geometrischen Parametern auf spezifisch entwickelten Probenstrukturen durchgeführt und ausgewertet. Auf der besten Zelle konnte eine mit Prozess Variante 1 vergleichbare Leerlaufspannung von 665 mV nachgewiesen werden. Somit wurde keine relevante Schädigung auf dieser Zelle erzeugt. Der Kurzschlussstrom lag bei 9,6 A. Der Füllfaktor wurde mit 45 % und der Wirkungsgrad wurde bei 12 % gemessen. Im Vergleich dazu ergaben sich für gemäß Variante 1 prozessierte IBC-Zellen mit 3 mym Metallisierungsdicke folgende Werte: Eine Leerlaufspannung von 669 mV, ein Kurzschlussstrom von 9,9 A, ein Füllfaktor von 74 % und ein Wirkungsgrad von 20,3 % wurden gemessen. Zusammenfassend konnten 2 Varianten zur Herstellung einer strukturierten Metallisierung für IBC-Solarzellen demonstriert werden. Ein tieferes Verständnis über die Zusammenhänge der Materialschichten und Laserparameter für eine schädigungsfreie Kontakttrennung wurde erlangt. Aufgrund der hohen Ansprüche an die Homogenität der zu ablatierenden Schichten ist Variante 2 aktuell nicht dem Standardprozess Variante 1 vorzuziehen. Dennoch können alternative absorbierende Isolationsschichten und gleichförmigere Metallisierungen potentiell in Zukunft Möglichkeiten zur Anwendung der direkten Laserstrukturierung eröffnen.

In dieser Arbeit wurde der Einfluss der Verbindungstechniken Weichlöten und anisotrop leitfähiges Kleben auf die mechanische Stabilität von monokristallinen 180 mym dicken Solarzellen untersucht. Dabei wurde im Experiment die Biegezugfestigkeit der Solarzellen mittels 4-Punkt-Biegeversuch bestimmt, mithilfe der Weibull-Verteilungsfunktion ausgewertet und mittels PL oder EL bezüglich Defekte charakterisiert. Insgesamt konnte gezeigt werden, dass das anisotrop leitfähige Kleben und das Löten als Verbindungstechnologien für monokristalline 180 mym dicke Solarzellen infrage kommen. Beim Reparaturtest konnte nachgewiesen werden, dass Nachbarzellen einer beschädigten Solarzelle wieder neu verbunden werden können und somit die Ausschussrate in der Fertigung von PV-Modulen reduziert werden kann.

Eine wichtige Rolle zur Leistungssteigerung von Solarmodulen spielt die indirekte Lichteinkopplung. Treffen Lichtstrahlen auf ihrem Weg durch den Modulschichtaufbau nicht direkt auf die Solarzellen, sondern auf andere Modulkomponenten, so können diese von dort reflektiert werden. Mittels Totalreflexion am Übergang von Glas zu Luft kann dann das Licht durchaus auf die Solarzelle zurückgestrahlt werden. Durch geeignete Kombination von entsprechenden Modulkomponenten lässt sich so die Modulleistung steigern. In dieser Bachelorarbeit wird auf diese indirekte Lichteinkopplung eingegangen. Ziel dabei ist die Charakterisierung der dadurch möglichen Leistungssteigerungen im Solarmodul. Dazu sollen in geeigneten Experimentierreihen folgende Effekte betrachtet werden: Welchen Einfluss hat der Gebrauch von verschiedenen Ethylen-Vinyl-Acetat-Folien (EVA-Folien) auf die Stromgeneration der Solarzellen? Welchen Vorteil bringt die Verwendung von strukturiertem Zellverbinder gegenüber dem Standard aus der Produktion? Kann ein Gewinn durch die Verwendung von weißer EVA-Folie zwischen Zelle und Backsheet anstelle von transparenter erzielt werden? Wie verhält sich der von der Solarzelle generierte Strom in Abhängigkeit vom Abstand der Solarzellen untereinander im Solarmodul? Dazu dient eine theoretische und experimentelle Betrachtung der optischen und elektrischen Effekte, die nach dem Umbau von der reinen Solarzelle zum Solarmodul auftreten, als Grundlage. Um die gesuchten Effekte zu analysieren, werden vier unterschiedliche Varianten des Schichtaufbaus der Solarmodule aufgebaut. Diese Varianten werden nach jedem Aufbauschritt in einem Sonnensimulator vermessen. Um die Messabweichung gering zu halten, werden pro Variante 25 Module aufgebaut, die nach jedem Prozessschritt des Aufbaus fünfmal gemessen werden. Es wird eine eigene Kalibrierzelle angefertigt, um die Messergebnisse des durch den Modulzusammenbau notwendigen zweiten Versuchsaufbaus, des Sonnensimulators, mit denen aus dem ersten vergleichen zu können. Weiterhin werden mit einer unbehandelten Referenzgruppe von Solarzellen die auftretenden Abweichungen bei der Messung mit dem Sonnensimulator untersucht. Anschließend wird mit den aufgebauten Modulen und geeigneter Messapparatur die indirekte Lichteinkopplung in den Zellzwischenräumen charakterisiert. Dazu wird mit einem LBIC-Messgerät (Light-Beam-Induced Current) der Verlauf bestimmt, welcher prozentualer Mehrertrag in Abhängigkeit von dem Abstand zur Solarzellenkante von 0 20 mm erzielt werden kann.

Eine Steigerung der Effizenz kristalliner Silizium-Solarzellenwird durch die Verwendung eines selektiven statt des herkömmlich homogenen Emitters ermöglicht. In der vorliegenden Arbeit wird diese selektive Dotierung auf Basis einer für die Phosphor-Diffusion semipermeablen Barriereschicht in einem Diffusionsprozess realisiert. Die erforderliche Strukturierung der Schicht auf dem texturierten Silizium-Wafer erfolgt durch Ablation mit einem Ultrakurzpulslaser (Wellenlänge 513 nm, Pulsdauer 300 fs). In den Untersuchungen ergeben Barrieren aus Siliziumoxid, hergestellt mittels chemischer Gasphasenabscheidung (PECVD) oder thermischer Oxidation, einen Emitter-Schichtwiderstand um 100 Ohm/sq, während die hochdotierten Kontaktflächen 30 Ohm/sq aufweisen. Die Selektivität des Emitters wird mittels Sheet-Resistance-Imaging in hoher Ortsauflösung wiedergegeben und die Phosphor-Konzentration im Tiefenprofil per Sekundärionen-Massenspektrometrie analysiert. Die SunsVoc-Charakterisierung zeigt eine nicht akzeptable Verringerung der Leerlaufspannung aufgrund der laserinduzierten Defekte an der texturierten Silizium-Oberfläche. Das geschädigte Material wird daher durch einen zusätzlichen nasschemischen Ätzprozess vor der Emitterbildung - unter Beibehaltung der Diffusionsbarriere - vollständig entfernt. Zudem wird die Laserablation der abgeschiedenen Siliziumnitrid-Antireflexionsschicht untersucht. Diese kann auf den mittels des Ätzens planarisierten Kontaktflächen mit einer geringeren Reduktion der Leerlaufspannung (4%) gegenüber texturierten Oberflächen erzielt werden. Mithilfe der Licht- und Rasterelektronenmikroskopie wird die Modifizierung der Oberflächen infolge der Laserbearbeitung festgestellt. Damit sind Verfahren der chemischen Metallabscheidung zur selbstanordnenden Bildung der Vorderkontakte potenziell anwendbar.

Since worldwide traffic rises permanently and the reservoir of the primary energy source oil decreases very fast, electric vehicles with the same range and engine power as combustion driven vehicles are strived for as a final goal. The Li-Air battery is the most promising type of battery for use in electric vehicles because it has the highest theoretical energy density compared to other types of battery. In this thesis, I presented experimental results of Li-Air test cells with the focus on the cathode. Different kinds of electrodes were investigated in experiments: first the uncoated, secondly the coated Glassy Carbon electrode and then the uncoated and at last the coated Gas Diffusion Layer electrode (coating in both cases: graphene layer). Throughout all the experiments, the capacity of the test cells could be increased, while at the same time, the overvoltage could be decreased which means a better efficiency and especially a higher energy of the test cells which are the two characteristics that are essential for a battery that is supposed to be used in electric vehicles. Furthermore, by coating the electrodes, the charge capacity could be increased which is an important step towards the solution of one of the main challenges of Li-Air batteries: the poor cyclability. In addition, different kinds of measurements were also performed, like the Constant Current and GITT measurement. The GITT measurement for example could be used to show a difference in discharge and charge behaviour between cells under oxygen supply and cells filled with pure argon. The continuous improvement of the cell performance by modification of the cathode of the Li-Air cell shows how big the potential of this battery type is.

Besides the optical efficiency thermal efficiency is one key aspect when designing and operating a concentrated solar power plant. Using parabolic trough collectors, a large part of the thermal losses occurs because of aging and degradation of different parts of the receivers. Therefore, replacing faulty receivers in time is crucial for maintaining a high overall degree of efficiency. The state-of-the-art measuring methods to determine the thermal status of receivers are time consuming and require a large amount of work in the field. This thesis presents Q-Fly-Thermo, a thermal performance measuring system developed for high measuring speed and minimal effort in the field, to classify the receivers of a plant with respect to their thermal state. Based on the Q-Fly system, Q-Fly-Thermo uses a GPS controlled drone with an infrared camera for analysis. Defect receivers are visible in infrared images because heat losses increase the glass envelope temperature. A software was developed to analyze the images from the airborne infrared camera. It can determine which receivers appear in the images, analyze their thermal status and classify intact and faulty ones. First tests of the system are presented and the results are compared with an independent measuring method. Based on the experience made the reliability and optimization potential are assessed.

Mit dieser Masterarbeit wird die Entwicklung eines präzisen und schnellen Auto-Focus (AF) Systems für einen medizinischen IR Laser, dem Picosecond IR Laser (PIRL), beschrieben. Der PIRL Laser ist eine Entwicklung der Miller-Gruppe, Fakultät für Physik, an der Universität von Toronto. Der Laser emittiert Pikosekundenpulse mit einer Wellenlänge von 2, 96 mym und ermöglicht einen sehr effektiven Abtragungsprozess von Gewebe und anderen wasserhaltigen Materialien. Für einen idealen Abtragungsprozess muss die Laserstrahlung auf die Oberfläche des Gewebes fokussiert werden. Um dies auch bei unebenen oder bei sich bewegenden Oberflächen zu gewährleisten, ist ein AF Systems unentbehrlich. Da das Laser System, in der Zeit in der das AF System entwickelt und diese Arbeit verfasst wurde, nicht zur Verfügung stand, konnten keine Experimente des AF Systems mit dem PIRL Laser durchgeführt werden. Untersucht wird das AF System daher ohne angeschlossenen Laser bezüglich der Genauigkeit, Präzision, Geschwindigkeit des Fokussierungsprozesses und möglicher Fehlerquellen. Das dem AF System zugrunde liegende Prinzip ist nicht nur für den PIRL Laser anwendbar, sondern kann ebenfalls für andere Anwendungen, in denen ein Abstand konstant gehalten werden soll, adaptiert werden. Um eine hohe Genauigkeit des AF Systems zu gewährleisten, muss das System Abstände genau messen können. Es werden drei Methoden zur Abstandsmessung untersucht: Phase Detection (PD), Riken Optical Range-Sensing Scheme (RORS) und klassische Triangulation. Simulationen mit dem optischen Designprogramm OSLO EDU führen zu der Entscheidung, die klassische Triangulation zu implementieren. Dabei erzeugt ein separater roter Laserpointer auf der Oberfläche des Gewebes einen Lichtpunkt und das zurück gestreute Licht wird mit einem CMOS Sensor analysiert. Die Aufgabe des AF Systems ist es, den Abstand zwischen der Fokuslinse und einer Oberfläche in einem vordefinierten Abstand zu halten. Das System erreicht dabei eine Genauigkeit von bis zu 2, 1 mym und eine Präzision von bis zu 1, 3 mym. Das AF System misst den Abstand mit einer Abtastrate von bis zu 295 Hz. Dadurch kann es selbst schnellen Bewegungen der Oberfläche folgen. Bei einer Abtastrate von 295 Hz und einer Geschwindigkeit der Oberfläche von bis zu 64 mm/s kann eine Fehlstellung der Fokuslinse von unter 300 mym zu allen Zeiten gewährleistet werden. Das AF System wird von einem mit LabVIEW geschriebenen Programm gesteuert. Die Genauigkeit, welche das System erreicht, ist hauptsächlich von der Kalibrierung der Abstandmessung abhängig. Diese wird über die Aufnahme eines 3D-Kalibrierungsgraphen realisiert. Der 3D-Kalibrierungsgraph ist notwendig um eine hohe Genauigkeit zu erreichen, da in dem Graphen unvermeidliche Fehler, welche durch die Falschausrichtung der Fokuslinse entstehen, gespeichert sind. Da die Kalibrierung des Systems von Hand sehr zeitintensiv ist, wird eine halb-automatische Kalibrierungsprozedur entwickelt, welche die benötigte Zeit um den Graphen aufzunehmen deutlich reduziert.

Das Sheet-Resistance-Imaging ist eine optische Messmethode, welche zur Messung des Schichtwiderstandes von Emittern von Wafern für Solarzellen verwendet werden kann. Die Absorption beziehungsweise Emission durch freie Ladungsträger im mittleren Infrarot wird hierbei ausgenutzt. Im Gegensatz zu anderen Methoden bietet das Messverfahren Vorteile, wie z.B. die hohe Messgeschwindigkeit, kontaktfreies Messen und eine hohe laterale Auflösung. In dieser Arbeit wurde ein entsprechendes Messsystem aufgebaut, in Betrieb genommen und durch ein Kühlgehäuse erweitert. Das Messsystem wurde durch verschiedene Messungen charakterisiert und insbesondere auf Inhomogenitäten untersucht. Zudem wurden verschiedene Maßnahmen zur Reduzierung selbiger aufgezeigt. Anhand des allgemeinen Modells der Freien-Ladungsträger-Absorption wurden für verschiedene Emitter die Emissions-, Reflexions- und Transmissionsgrade berechnet und diese mit der Emittertiefe, der Oberflächenkonzentration der freien Ladungsträger und dem Schichtwiderstand des Emitters korreliert. Zur Bestimmung der lateralen Schichtwiderstandsverteilung von diffundierten Siliziumwafern wurde ein entsprechender Messalgorithmus für das aufgebaute Messsystem entwickelt. Dabei wurde zur Kalibrierung der SRI-Methode die Vier-Spitzen-Methode verwendet. Der Einfluss verschiedener Oberflächentopografien auf das Messsignal wurde für mono- und multikristalline Wafer untersucht. Es wurden Ansätze zur Korrektur aufgezeigt; durch Differenzbildung der Aufnahmen vor und nach der Diffusion von multikristallinen Wafern konnte der Einfluss der Oberfläche verringert werden. Zudem wurden Spiegelungen der Messapparatur, welche an Wafern mit verhältnismäßig glatten Oberflächen zu Störung des Messsignals führen, durch Differenzbilder der Aufnahmen vor und nach der Diffusion beispielhaft für monokristalline Wafer korrigiert.

Solarzellen werden zur Umwandlung von Sonnen-Energie in elektrische Energie verwendet. Die Rentabilität einer Solarzelle wird unter Anderem durch den Wirkungsgrad definiert. Dieser ist von der Güte des p-n-Übergangs der Zelle und folglich von der Diffusion der Dotant-Atome aus den Silikat-Gläsern abhängig. - Zur Optimierung des Diffusions-Prozesses und des p-n-Übergangs, ist es notwendig ein Maß für die Bor- und Phosphor-Konzentration in den Silikat-Gläsern zu finden. Es sind verschiedene Veröffentlichungen zu Messungen an Silikat-Gläsern bekannt, doch fehlen systematische Untersuchungen zur Quantifizierung der Konzentrationen. - In dieser Arbeit werden Boro- und Phosphorsilikatgläser mit Fourier-Transform-Infrarot-Spektroskopie charakterisiert. Dabei werden unterschiedliche Herstellungsverfahren und Diffusions-Prozesse verglichen, sowie ein quantitativer Zusammenhang zwischen der Bor beziehungsweise Phosphor-Konzentration in den Silikatgläsern und der Absorption hergestellt. Es werden verschiedene äußere und instrumentelle Einflüsse beachtet und die Einwirkung von Wasser auf die Silikatgläser untersucht.

Um den Wirkungsgrad von Photovoltaikmodulen weiter zu erhöhen, soll der ultraviolette Anteil des Sonnenspektrums mittels seltenerdatombasierter Downconversion möglichst effizient in den sichtbaren bis nahen Infrarotbereich konvertiert werden. Die Umsetzung der Downconversion erfolgt über die Kopplung der hohen Ultraviolettabsorption von Cer und der Emission des Terbiums im grünen Spektralbereich. Im Gegensatz zu bisherigen Arbeiten erfolgt hier die Herstellung mittels Ionenimplantation, wobei eine dünne Schicht von amorphem Siliziumdioxid als Matrix dient. Das Ziel besteht im Nachweis und der Untersuchung des Energietransfers von Cer zu Terbium, wobei die optischen Eigenschaften der Schichten mit Photolumineszenz- und Photolumineszenzanregungsmessungen ausführlich untersucht wurden. Gleichzeitig werden verschiedene Ausheilverfahren nach der Implantation verglichen. Es wird gezeigt, dass bei resonanter Anregung von Cer ein sehr effizienter Energietransfer von Cer zu Terbium erfolgt, der zusätzlich mit einer Intensitätssteigerung einher geht. Im Vergleich der Ausheilverfahren zeigt die Blitzlampenausheilung die besten Resultate.

Der Einsatzbereich von optischen Halbleiterbauelementen ist in den letzten Jahren stark gestiegen. Verbindungen zwischen der III. und V. Hauptgruppe des Periodensystems (III-V-Verbindungshalbleiter) haben die Möglichkeiten der Halbleitertechnik enorm gesteigert. - Zur gezielten Entwicklung und Optimierung optischer Halbleiterbauelemente, ist die genaue Kenntnis der dielektrischen Funktion (DF) von entscheidender Bedeutung. Eine erfolgversprechende Optimierung optischer Bauelemente, kann nur mit Kenntnis der Frequenz-, Temperatur- und Dotierungsabhängigkeit der DF durchgeführt werden. - In dieser Arbeit wurde die DF von n-dotiertem Galliumnitrid (GaN) im Temperaturbereich von 295 K bis 790 K mittels spektraler Ellipsometrie bestimmt. Der Imaginärteil der DF wurde im Rahmen des Modells nach Elliott und unter Beachtung von Exziton-Phonon-Komplexen (EPC) berechnet und an den experimentell erhaltenen Verlauf angepasst. So konnten Aussagen über die Dotier- und Temperaturabhängigkeit der Bandlücke, der Exzitonenbeiträge, sowie deren Verbreiterung und der integralen Stärke der EPC getroffen werden.

Mit dem stetig wachsenden Anteil der Photovoltaik an der Stromproduktion steigt ebenso die Nachfrage nach Silizium, dem weitverbreiteten Grundmaterial für die Solarzellenproduktion. Das hierfür notwendige Silizium liegt in der Natur nahezu unbegrenzt in Form von Quarzen und Silikaten vor. Siliziumdioxid kann über verschiedene Teilschritte in Chlorsilane umgewandelt werden, die anschließend durch chemische Gasphasenabscheidung (CVD) an beheizten Dünnstäben aus Reinstsilizium zu polykristallinem Silizium abgeschieden werden. Da die Umwandlung vom Roh- in Solarsilizium (solar grade silicon) energieintensiv ist, sollen die Chlorsilane frühzeitig auf darin enthaltene Verunreinigungen untersucht werden. Dies ermöglicht eine Beurteilung der Qualität des Siliziums bereits vor Ende des Herstellungsprozesses. Gegenstand dieser Bachelorarbeit ist die Charakterisierung epitaktischer Siliziumschichten, die aus einem Chlorsilan, dem Siliziumtetrachlorid, mittels chemischer Gasphasenabscheidung hergestellt wurden. Dabei wurden die Fremdstoffe untersucht, die Einfluss auf die elektrische Leitfähigkeit des Siliziums haben. Für die im Rahmen dieser Arbeit durchgeführte Analyse wurde das Edukt gezielt mit Bor dotiert, um anschließend die auf Silizium-Substrat erzeugten Schichten mittels Hall- und Vierspitzenmessung (4PP) zu charakterisieren. Zu Beginn der Arbeit werden zunächst die Grundlagen der chemischen Gasphasenabscheidung, der verwendeten Messmethoden Vierspitzen- und Hallmessung sowie dem der Auswertung zugrundliegenden "resistor ladder model" zusammengefasst. Anschließend wird auf die experimentelle Durchführung der Arbeit eingegangen und die ermittelten Ergebnisse ausgewertet. Dabei wurde zur Charakterisierung der Widerstand der einzelnen Proben durch die verschiedenen Messmethoden bestimmt. Aus diesem wurde anschließend, unter Berücksichtigung der experimentell ermittelten Schichtdicke, der spezifische Schichtwiderstand berechnet. Anhand dieses spezifischen Widerstandes konnte in Abhängigkeit von der Temperatur die Abscheideausbeute von Bor ermittelt werden.

Aufgrund der großen Exzitonen Bindungsenergien von GaN (25 meV) und ZnO (60 meV), in Verbindung mit einem polaren Bindungscharakter, resultiert die Wechselwirkung mit elektromagnetischen Wellen in starken Polarisationsfeldern mit großen longitudinal-transversalen Energieaufspaltungen, welche sich in Form von longitudinalen und transversalen Moden im Medium ausbreiten. Die Polarisationsfelder werden Exzitonen-Polaritonen genannt und ergeben sich aus der Wechselwirkung von elektromagnetischen Feldern mit Anregungen im Kristall (Exzitonen). Eine Konsequenz von Exzitonen-Polaritonen ist das Auftreten von räumlicher Dispersion. Ziel dieser Arbeit ist es den Einfluss von Exzitonen-Polaritonen auf die optischen Eigenschaften von GaN und ZnO zu untersuchen. Dies geschieht einerseits experimentell durch die Analyse und Auswertung von temperaturabhängigen Reflexionsmessungen an GaN und ZnO und andererseits theoretisch durch die Analyse des Effektes mit Hilfe von zwei verschiedenen Modellen der Dielektrischen Funktion in Abhängigkeit der Temperatur (das Polaritonenmodell und das klassische Lorentz-Oszillatormodell). Die Grundlage der Modelle bildet die Beschreibung innerhalb der linearen Response-Theorie. Im Rahmen dieser wird die Wechselwirkung von Licht und Materie als erzwungene Schwingung von harmonischen Oszillatoren beschrieben.

Die Bestimmung der Zustände innerhalb der Bandkante von Polymer/Fulleren Solarzellen (P3HT/PCBM) ist für die Erforschung der zu Grunde liegenden Prozesse der Absorption, Exzitonentrennung und des Ladungsträgertransports von großer Bedeutung. Insbesondere Trap-Zustände und Chargetransfer-Übergänge geben einen tieferen Einblick. Um die typischerweise sehr kleine Absorption unterhalb der Bandkante untersuchen zu können, wurde die photothermische Ablenkungsspektroskopie in Verbindung mit ellipsometrischen Messungen an der TU Ilmenau etabliert. Zusätzlich lieferten noch hoch auflösende EQE-Messungen Anhaltspunkte über die Zustände, welche Zustände in der Bandlücke zum Photostrom beitragen. Nach Grundlegenden Messungen der Mischschichten aus P3HT und PCBM wurde die Absorption in der Bandlücke mittels verschiedener Additive gezielt variiert und ausgewertet.

Durch den steigenden Energiehunger der Menschheit und die fortschreitende Verbreitung von mobilen elektrischen Anwendungen steht die Polymere Solarzelle seit einigen Jahren im Interesse der Forschung. Sie verspricht gegenüber der anorganischen Solarzelle Vorteile bei Gewicht, Dicke, Kombination mit flexiblen Substraten und deutlich geringe Herstellungskosten. Diese Arbeit beschäftigt sich mit der systematisch variierten Seitenkettensubstitution an der der Hauptkette eines PPE(Poly(Phenylen-Ethinylen))-PPV(Poly(Phenylen-Vinylen) -Copolymers. Es konnte gezeigt werden, dass die Seitenkettensubstitution von konjugierten Polymeren einen großen Einfluss auf ihre strukturellen und optoelektronischen Eigenschaften hat. So führten lineare Seitenketten an der Anthracen-haltigen Phenylen-Vinylen-Gruppe zu einer größeren Ordnung der sekundären und tertiären Polymerstruktur im Vergleich zu verzweigten Seitenketten. Diese Ordnung konnte mit Hilfe von Röntgenstrukturanalyse an Polymerpuvler und des Absorptionsspektrums sowie der Oberflächenmorphologie von Polymerfilmen nachgewiesen werden, und hatte gleichzeitig auch einen deutlichen Einfluss auf die photovoltaischen Eigenschaften. So wurde in dieser Arbeit klar dargestellt, dass diese Ordnung zu größeren Photoströmen und Füllfaktoren führt. Das von Dr. Daniel Egbe neue Konzept eines statistisch substituierten Polymers führte interessanterweise unter allen betrachteten Polymeren dieser Familie zur Ausbildung der höchsten Kristallinität. Mit diesem Polymer konnte eine Solarzelle mit 3.8% Wirkungsgrad realisiert werden, was nach derzeitigem Kenntnisstand die bisher höchste Effizienz einer PPV-basierten Polymer-Solarzelle darstellt. Zusätzlich zum Einfluss der Seitenketten auf die Morphologie bzw. Ordnung der Polymere, konnte ein Zusammenhang zwischen der Seitenkettenlänge und der erreichten offenen Klemmenspannung in einer bulk-heterojunction Solarzelle erneut verifiziert werden. Die erzielte Photospannung verhielt sich anti-proportional zu der Seitenkettenlänge am PPE-PPV-Copolymer. Somit konnten im Rahmen dieser Arbeit verschiedene eindeutige Struktur-Eigenschafts-Zusammenhänge zwischen der chemischen Struktur der Polymere - hier insbesondere der Struktur der Seitenketten - und der optischen, strukturellen und morphologischen Eigenschaften von photoaktiven Schichten in Solarzellen nachgewiesen werden. Diese Erkenntnisse können in Zukunft für die noch gezieltere synthetische Einstellung von Polymereigenschaften von weiterentwickelten Polymeren für die Anwendung in Solarzellen genutzt werden

Transparent leitfähige Oxide finden vor allem in der Optoelektronik vermehrt Anwendung und verbreiten sich spätestens seit der Entwicklung von LCD-Flachbildschirmen weltweit. Dabei wird heutzutage aufgrund der exzellenten elektrischen Eigenschaften vor allem zinndotiertes Indiumoxid (ITO) eingesetzt. Wegen der begrenzten Verfügbarkeit des Metalls Indium wird jedoch seit einiger Zeit an aluminiumdotiertem Zinkoxid (ZnO:Al) als Alternativmaterial geforscht. Im Rahmen dieser Masterarbeit wurde dotiertes Zinkoxid mit Hilfe eines reaktiven Sputterprozesses in einer Rolle-zu-Rolle Laborbeschichtungsanlage am Fraunhofer-Institut für Elektronenstrahl- und Plasmatechnik in Dresden auf PET-Folie abgeschieden. Dabei wurden zwei Themenkomplexe bearbeitet: Zunächst wurde die Schichtabscheidung von ZnO:Al vor allem hinsichtlich Sauerstofffluss, Druck, Leistung und Schichtdicke optimiert, wobei die optischen und elektronischen Eigenschaften im Fokus der Betrachtungen standen. Es konnte unter anderem nachgewiesen werden, dass vor allem bezüglich des Sauerstoffflusses nur ein sehr enges Prozessfenster zu Verfügung steht. In einem zweiten Versuchskomplex wurde das System zusätzlich mit Indium codotiert, um eine weitere Verbesserung der elektronischen Eigenschaften zu erreichen. Dabei wurde ein Rückgang der Streuung an den Korngrenzen mit steigendem Indiumgehalt festgestellt, jedoch ergab sich keine Steigerung der elektrischen Leitfähigkeit um eine gesamte Größenordnung, wie es nach Kirby und van Dover (Thin Solid Films 517, 1958 (2009)) zu erwarten war. Insgesamt wurden durch ein anwendungsnahes Rolle-zu-Rolle-Verfahren Schichten mit einem spezifischen Widerstand von 2,8 x 10-3 Ohm cm und einer Transparenz von 80,2 % abgeschieden. Diese Schichteigenschaften sind mit bereits veröffentlichten Werten aus stationären Laborbeschichtungen vergleichbar und verdeutlichen das Potenzial von ZnO:Al auf polymeren Substraten.

Die vorliegende Diplomarbeit ist in zwei wesentliche Aufgaben unterteilt. Die erste Aufgabe besteht darin das Konzept eines Detektors für Wellenlängenveränderung, erfunden von PARC (Palo Alto Research Center in Kalifornien/USA), auf den nahen Infrarot Bereich bei 1550nm anzupassen und einen Laboraufbau zu realisieren. Im zweiten Teil wird die Entwicklung eines speziellen Prototyps beschrieben, welcher eine Wellenlängenauflösung kleiner eines Picometers über einen Wellenlängenbereich von 5nm hat. Für den Laboraufbau werden zu erst drei verschiedene handelsübliche linear ortsabhängige Transmissionsfilter charakterisiert und gegenübergestellt, wobei ein Filter für die späteren Messungen selektiert wird. Zur Simulation des Detektors ist ein Programm in Matlab 6.5 programmiert worden, welches den Einfluss der geometrischen Parameter des Detektors auf seine Funktionsweise verständlich macht. Darüber hinaus wird das Programm für die Optimierung des Filters zur Anpassung an den speziellen Wellenlängenbereich des Prototyps genutzt. Das Simulationsprogramm wird mit verschiedenen Umsetzungen des Detektors im Laboraufbau validiert. Für die eigentliche Messung von Wellenlängenänderungen wird ein Faser-Bragg-Gitter-Sensor ausgelesen, wobei eine Änderung von ˜30fm messbar ist. Zur Entwicklung des Prototyps ist ein spezieller Filter nach der Optimierung des Simulationsprogramms angefertigt worden. Die Auswahl aller weiteren Komponenten und die gegenseitige Anordnung sowie Justierung für die Herstellung wird beschrieben. Zuletzt wird der Prototyp charakterisiert und mit den gewünschten Spezifikationen verglichen, welche realisiert werden.

Diese Diplomarbeit wurde bei der Schott Solar AG, Alzenau angefertigt. Das Ziel der Arbeit war es, einen Carrier-Density-Imaging (CDI) Messplatz aufzubauen und über eine temperaturabhängige Lebensdauermessung die Energieniveautiefen von Defekten zu bestimmen. Für diese Messungen wurde in der vorliegenden Arbeit erstmals ein CDI Messplatz pixelweise kalibriert, was eine wesentliche Vereinfachung und eine deutliche Zeitersparnis im Vergleich zur bisher in der Literatur vorgeschlagenen Kalibrierung nach J. Isenberg bedeutet. Vor allem bei wechselnden Umgebungsbedingungen kann somit schnell eine neue Kalibrierung durchgeführt werden. Auch wurde gezeigt werden, dass das CDI Messwerte liefert, welche vergleichbar mit den Werten der MWPCD sind. Der Unterschied liegt vor allem in der Messzeit und in der Ortsauflösung. Mit dem CDI, das vergleichbare Ortsauflösungen wie das MWPCD von etwa 50æm liefert, sind erheblich kürzeren Messzeiten möglich. Des Weiteren wird in der Arbeit dargestellt, dass die temperaturabhängigen Lebensdauern durch Defekte in bestimmten Temperaturbereichen exponentiell beeinflusst werden. Effekte, die zur Bildung der typischen temperaturabhängigen Lebensdauerkurve führen, werden erläutert und theoretisch hergeleitet. Mittels einer verfeinerten SRH-Theorie konnte in dieser Arbeit schließlich über den Anstieg im Arrheniusplot die Energieniveautiefe des vorhandenen Defektes bestimmt werden. Hierzu wurde eine Linearisierung nach Ling und Cheng durchgeführt. Die so ermittelten Energieniveautiefen der Eisenverunreinigung stimmen gut mit den angegebenen Werten aus der Literatur (0,39 eV) überein. Ein Problem der durchgeführten Messungen ist, das über Einzelmessungen nur Angaben über die Energieniveautiefe getroffen werden können, nicht jedoch über die Position des Defektniveaus in der oberen oder unteren Bandlückenhälfte. Auch kann keine Aussage über eine Konzentration von Defekten vorgenommen werden. Somit lässt sich nur zeigen, dass ein Defekt vorhanden ist, dies jedoch schon bei geringsten Konzentrationen, was eine solche Messung sehr wirkungsvoll macht. Man muss allerdings bedenken, dass nur der dominierende Defekt gemessen werden kann.

Ziel der Diplomarbeit war die Verbesserung der Vorderseitenbeschichtung kristalliner mit selektivem Emitter hergestellter Siliziumsolarzellen des Solarzellenherstellers Bosch Solar Energy AG. Diese Vorderseitenbeschichtungen sollten eine gute elektrische Passivierung und Lichteinkopplung gewährleisten, sowie eine elektrische Kontaktierung der Solarzelle nicht verhindern. Dafür wurden verschiedene dielektrische Schichten und Schichtsysteme untersucht und optimiert. Die Passiviergüte der Schichtsysteme wurde mit Hilfe der QSSPC-Messmethode (engl.: quasi steady state photoconductance decay) bestimmt. Bei dieser Methode wird die effektive Lebensdauer der Ladungsträger gemessen und daraus die Emittersättigungsstromdichte bestimmt, welche ein Maß für die Qualität der Passivierung ist. Für die Charakterisierung der Metall-Halbleiter-Kontakte wurde die TLM-Methode verwendet (engl.: transfer length method). Die optischen Eigenschaften der Vorderseite wurden mit Hilfe von Ray-Tracing-Simulationen optimiert. Es stellte sich heraus, dass das optimale Schichtsystem für die elektrische Passivierung nicht dasselbe ist wie für die optimale Lichteinkopplung und für die optimale Kontaktierung. Um einen optimalen Kompromiss zwischen diesen Schichtsystemen zu finden, wurden Solarzellen mit verschiedenen Schichtparametern hergestellt, charakterisiert und sowohl miteinander als auch mit Referenzzellen verglichen. Die Zellen mit den besten Schichtsystemen zeigten deutlich höhere Leerlaufspannungen, Kurzschlussstromdichten, Füllfaktoren und letztendlich Wirkungsgrade als die Referenzzellen. Die in dieser Diplomarbeit bearbeiteten Themen und gefundenen Ergebnisse werden auf ihre Einsetzbarkeit in der zukünftigen Zellproduktion verfolgt.

Gruppe-III-Nitride gehören aufgrund ihrer optischen Eigenschaften in der Wurtzitstruktur und ihrer direkten Bandlücke in dieser zu den interessanten Halbleitermaterialen für optische Anwendungen. Mithilfe ihrer ternären und quaternären Mischkristalle kann man die Bandlücke über einen weiten Spektralbereich (0,67 bis oberhalb von 6 eV) durchstimmen. - Ausgehend von der Kristallstruktur und der Gruppentheorie ergeben sich Symmetrieeigenschaften, mit deren sich die Auswahlregeln für Raman- und Infrarotaktivität der einzelnen optischen Phononenmoden am Gammapunkt beschreiben lassen. Wächst man Heterostrukturen so ergeben sich durch unterschiedliche Gitterparameter, der einzelnen Schichten Verspannungen im Kristall. Diese werden zusätzlich durch unterschiedliche Temperaturausdehnungskoeffizienten überlagert und verstärken die Verspannungen. Die Verspannungen führen im Kristall zu Verzerrungen und dies hat Einfluss auf die Bandlücke dieser Halbleiterschichten. - Diese Arbeit stellt eine Einführung in die Ramanspektroskopie für Halbleiter dar und wurde mit dem Spektrometer der TU Ilmenau durchgeführt, dazu mussten Veränderungen und Optimierungen am Messaufbau durchgeführt werden. Ausgehend von den theoretischen Grundlagen wird der Nachweis der Auswahlregeln für die Ramanspektroskopie für die unterschiedlichen Kristallorientierungen erbracht und die Abhängigkeiten der Position der Phononenenergien von der Verspannung bzw. Verzerrung nachgewiesen für das Stoffsystem Galliumnitrid. Die Verzerrung wurde auch aus Gitterparametern, ermittelt mit Röntgendiffraktometrie, berechnet um einen Vergleich ziehen zu können. Bevor die dabei erlangten Ergebnisse und Zusammenhänge auf Indiumnitrid übertragen wurden. GaN stellt dabei das gut verstandene Stoffsystem und Indiumnitrid das junge und relativ unerforschte Halbleitermaterial dar. - Ein weiterer Schwerpunkt des experimentellen Teils dieser Arbeit ist es, die Ladungsträgerdichte in mit Silizium dotierten GaN Schichten zu bestimmen mit zwei komplementären Messmethoden. Infrarot-Spektralellipsometrie diente hier als zweite Untersuchungsmethode neben der Ramanspektroskopie. Beide Untersuchungsmethoden führten zu in sich konsistenten Ergebnissen.

Die Stromerzeugung über Photovoltaik gewinnt zunehmend an Bedeutung. Mit der sogenannten Dünnschichttechnik wird der Weg zu kostengünstigen Solarmodulen aufgemacht. Dünnschichtzellen auf der Basis von Kupfer-Indium-Gallium-Diselenid (CIGS) werden inzwischen kommerziell gefertigt. Bei heutigen Zellen wird zwischen dem Halbleiter und der Frontelektrode eine Cadmiumsulfid-Pufferschicht durch eine Fällungsreaktion aus wässriger Lösung aufgebracht. - Ziel der Bachelorarbeit war es eine cadmiumfreie Pufferschicht aus der Gasphase herzustellen, die vergleichbare Eigenschaften wie die bisherige Pufferschicht aufweist. Dabei wurde ein bereits auf kleiner Fläche (0,5 cm2) getestetes statisches Verfahren zur Erzeugung von In2S3-Pufferschichten mittels thermischer Verdampfung auf größerer Fläche (30x30 cm2) erfolgreich übertragen, wobei eine produktionsnahe In-line-Laboranlage verwendet wurde. Durch eine detaillierte Analyse der Vorgänge bei der Abscheidung konnten die Eigenschaften der Pufferschicht auf größerer Fläche optimiert werden. Auf dieser Basis wurden komplette CIGS-Module aufgebaut und charakterisiert. Thermisch verdampfte In2S3-Schichten als Puffer in 30x30 cm2 CIGS-Solarmodulen sind in der Literatur bisher nicht beschrieben und wurden somit erstmals in dieser Arbeit realisiert.

Gegenwärtig unterliegt hexagonales AlN, aufgrund seiner direkten Bandlücke oberhalb von 6eV und den damit verbundenen Chancen für neue UV-Anwendungen, ansteigender Aufmerksamkeit in der Halbleiterphysik. Dabei weist es in seinen optischen Eigenschaften signifikante Unterschiede zu anderen typischen Vertretern der Gruppe-III-Nitride (z.B. GaN oder InN) auf. Ausgehend von der Kristallstruktur und der darin enthaltenen Symmetrien dienen Berechnungen auf Basis der kp-Theorie dem grundlegenden Verständnis der optischen Eigenschaften von AlN im Bereich der Bandlücke. Die im Gegensatz zu GaN veränderte Valenzbandreihenfolge, verursacht durch eine stark negative Kristallfeld-Energie, führt zu einer verschwindend geringen Oszillatorstärke des energetisch niedrigsten optischen Übergangs bei senkrechter Polarisation des einfallenden Lichtes zur optischen Achse. Den Schwerpunkt dieser Betrachtungen bildet insbesondere die Abhängigkeit dieser optischen Eigenschaften von der Verspannung der Epitaxieschichten. Aufbauend auf den theoretischen Vorbetrachtungen wurden AlN-Schichten auf unterschiedlichen Substraten (Silizium, Siliziumkarbid und Saphir) mittels spektroskopischer Ellipsometrie im Bereich zwischen 1eV und 10eV untersucht. Die, durch Anwendung eines uniaxialen Modells, bestimmte dielektrische Funktion zeigt insbesondere im Bereich der Bandkante starke Abhängigkeit von der, durch die verwendeten Substratmaterialen verursachten, Verspannung der Schicht. Dabei zeigen die beobachteten Energieverschiebungen der Exzitonen das zuvor theoretisch vorhergesagte Verhalten. In Verbindung mit Ergebnissen aus XRD-Messungen der Züchter können experimentelle Werte für intrinsische Materialparameter abgeleitet werden. Neben der Verspannungsabhängigkeit bildet die Abhängigkeit der Bandkantenregion von der Temperatur (10K-296K) einen weiteren Schwerpunkt des experimentellen Teils. Dabei tritt zusätzlich zu den erwarteten Veränderungen, speziell bei tiefen Temperaturen, eine weitere Struktur im Imaginärteil der dielektrischen Funktion etwa 100meV oberhalb des freien Exzitons heraus. Aufgrund des energetischen Abstands wird diese sogenannten Exzitonen-Phononen-Komplexen zugewiesen. Ergänzt werden die experimentellen Betrachtungen durch eine ausführliche Diskussion des Transparenzbereichs und des Bereichs hoher Photonenenergien.

Knapp über die Hälfte der hergestellten Solarzellen bestehen aus multikristallinen Silizium. Herstellungsbedingt sind Materialdefekte wie Einschlüsse und Mikro-Cracks nicht zu vermeiden. Es ist wirtschaftlich sinnvoll, Wafer mit solchen Materialdefekten vor der Prozessierung zu erkennen und auszusondern. In dieser Arbeit wurden die von einem Micro Crack Inspection System ausgesonderten Wafer prozessiert und elektrisch vermessen. An den fertigen Zellen wurden Elektrolumineszenz-, CoreScan- und Laser Scanning Mikroskop Untersuchungen durchgeführt. So konnten die erkannten Defekte an der fertigen Solarzelle dargestellt und bewertet werden. - Schlagwörter: mc-Silizium, Materialdefekte

Für eine industrielle Produktion von Polymer-Solarzellen ist es unerlässlich neue Lösungsmittel für das Standard -Materialsystem P3HT:PCBM [Poly(3-hexylthiophen):Phenyl-[6,6]-C61-buttersäuremethylester] aufzufinden um den Wettbewerbsvorteil, gerade in Hinsicht auf die geringen Herstellungskosten, nicht zu verlieren. In dieser Arbeit wurden systematisch unterschiedliche nichthalogenierte Lösungsmittel, die für die Substitution der zurzeit verwendeten Lösungsmittel in Frage kommen, ausgewählt und untersucht. Das Verhalten der Materialen in reinen Lösungsmitteln, sowie Lösungsmittelgemischen und der daraus erzeugten Schichten, wurden durch spektroskopische Untersuchungsmethoden geprüft. Gleichzeitig wurde der Einfluss verschiedenartiger Additive auf die sich ausbildende Perkolation des Volumengemisches analysiert. Es wurde gezeigt, dass die Verwendung unterschiedlicher Additive, in der photoaktiven Lösung, großen Einfluss auf die Selbstorganisation des P3HT hat. Auf Basis der gewonnenen Erkenntnisse wurde das Verhalten von Additiven auf die charakteristischen Kennzahlen der Solarzelle untersucht. Es wurde festgestellt, dass sich durch Zugabe der Additive immer eine Verbesserung der Solarzellenparameter einstellt, solange eine bestimmte Konzentration nicht überschritten wurde.

Die vorliegende Arbeit vermittelt einen Einblick in die Thematik der optisch gepumpten Halbleiterscheibenlaser mit externem Resonator. Nach einem einleitenden Vergleich mit ähnlichen Lasersystemen werden die physikalischen Grundlagen des Laserprozesses in niederdimensionalen Halbleiterheterostrukturen erläutert und das Funktionsprinzip der nichtlinearen Frequenzverdopplung vorgestellt. Das Hauptinteresse der experimentellen Untersuchungen galt der Maximierung der frequenzkonvertierten Ausgangsleistung im Dauerstrichbetrieb. Dabei wurde sich insbesondere mit den Auswirkungen von der Strahlqualität und dem Kühlsystem auf die Laserausgangsparameter auseinandergesetzt. Unter Verwendung eines Lithiumtriborat-Kristalls und eines speziell für die resonatorinterne Frequenzverdopplung konzipierten Resonators konnte eine Ausgangsleistung von 4,3W bei einer Emissionswellenlänge von 490nm und einer effektiven optisch-optischen Effizienz von mehr als 22% erreicht werden. Die Emissionswellenlänge war über einen Bereich von 13,5nm (9,3nm Halbwertsbreite) durchstimmbar. Basierend auf den experimentellen Ergebnissen und Anregungen aus der Literatur wird eine umfangreiche Zusammenstellung möglicher Optimierungsmaßnahmen in Bezug auf das Design der Halbleiterschichtstruktur und auf die Resonatorkonfiguration vorgestellt.

Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein automatisch ablaufendes Experiment zur Bestimmung der Ladungsabhängigkeit der homogenen Gefrierrate von Wolkentröpfchen aufgebaut. Dazu wurden mehrere Hundert Tropfen nacheinander in eine elektrodynamische Partikelfalle injiziert, um für jeden Tropfen die Zeit zwischen Einschuss und Gefrierereignis zu messen. Das Innere der Falle war auf unter -35 ˚C abgekühlt. Zur Detektion des Gefrierereignisses wurde die Intensität des am Tropfen gestreuten Lichts eines Laserstrahls kontinuierlich aufgenommen. Die Bestimmung der Tropfengröße erfolgte durch eine vergrößerte Abbildung des Tropfens auf eine CCD-Kamera. Zur Beleuchtung diente eine Weißlicht-Blitzlampe. Um die Ladungsabhängigkeit zu bestimmen, wurden in zufälligem Wechsel hoch- und niedrig geladene Tropfen in die Falle injiziert und die Gefrierrate beider Tropfenarten separat bestimmt. Es konnte kein Ladungseffekt gemessen werden. Auch unterschiedliche Polaritäten der Tropfenladung zeigten keinen messbaren Einfluss.

Die Produktion von Dünnschichtsolarmodulen befindet sich derzeit in einem Aufwärtstrend, dessen Ziel die Konkurrenzfähigkeit zu waferbasierten Photovoltaikmodulen ist. Bei der Herstellung solcher Module treten verschiedene Defekte auf, welche die Leistungsfähigkeit negativ beeinflussen. Neben lokalen Leckströmen durch das Material treten vor allem Inhomogenitäten der elektrischen Parameter aufgrund der großflächigen Abscheideprozesse von Verbindungshalbleitern auf. Mit Hilfe der Lock-In Thermografie (LIT) ist es möglich daraus resultierende Verlustleistungen ortsaufgelöst zu messen und so diese Problemstellen zu lokalisieren. In der vorliegenden Arbeit wird untersucht, welche Anwendungsmöglichkeiten der LIT sich bei großflächigen Dünnschichtsolarmodulen ergeben, da solche Untersuchungen bisher hauptsächlich an waferbasierten Solarzellen vorgenommen wurden. Dabei werden zunächst wesentliche Parametereinflüsse der vorhandenen Messapparatur diskutiert. Es wird gezeigt, dass es mit Hilfe verschiedener Infrarot-Objektive möglich ist, sowohl großflächige Inhomogenitäten zu detektieren als auch punktförmige Leckströme genau zu lokalisieren, um sie mit weiteren Methoden charakterisieren zu können. Als eine qualitative Auswertemöglichkeit der Daten ergibt sich außerdem die thermische Messung lokaler IV-Charakteristiken.

Solarzellen auf der Basis konjugierter Polymere, kurz polymere Solarzellen, stellen eine preiswerte Alternative und Ergänzung der Photovoltaiktechnologien dar. Gegenwärtig werden für Zellen aus einfachen Mischschichten Wirkungsgrade von bis zu 5% erreicht. Das Auftreten lokaler Defekte und deren Einfluss auf die Funktionalität polymerer Solarzellen blieben bisher ununtersucht, wodurch die Verminderung derartiger Defekte das Potential zur Wirkungsgradsteigerung besitzt. Da außerdem organische Materialien besonders anfällig für chemische Reaktionen mit ihrer Umwelt sind, ist die Stabilität über einen Zeitraum von einigen Monaten bis hin zu Jahren noch ungewiss. Dem liegen Effekte verschiedener Ursachen zu Grunde, deren Gesamtheit als Degradation bezeichnet wird und die für den schleichenden und dauerhaften Verlust der Zellfunktionalität verantwortlich sind. - In der vorliegenden Arbeit wird eine neue Methode verwendet, die die Beobachtung derartiger Effekte auf der Skala von 10 æm bis 100 æm möglich macht. Diese Messmethode greift an der strahlenden Rekombination von Ladungsträgern, die durch eine angelegte Spannung injiziert werden. Die so erzeugte Lumineszenzstrahlung wird mittels CCD-Kamera detektiert, wodurch die laterale Auflösung des Lumineszenzsignals erreicht wird. - Auf Basis derartiger Messungen konnte erfolgreich der Einfluss von Verunreinigungen auf die Stabilität polymerer Solarzellen, sowie deren Degradationsverhalten untersucht werden. Auch konnte gezeigt werden, dass sich die Methode zur schnellen und zerstörungsfreien Charakterisierung polymerer Solarzellen hinsichtlich ihrer lateralen Beschaffenheit anwenden lässt, womit auch zukünftig die Weiterentwicklung des Herstellungsprozesses gezielt vorangetrieben werden kann.

Die Impedanzspektroskopie ist eine geeignete Methode, um innere elektrische Eigenschaften von elektrischen Bauelementen, wie zum Beispiel der Polymer-Solarzelle zu bestimmen, da sie nicht invasiv ist und somit das zu untersuchende Bauelement nicht zerstört. Die Impedanzspektroskopie wurde benutzt um Ladungsträgermobilitäten und Aktivierungsenergien von Trapzuständen der P3HT/PCBM-Solarzelle zu quantifizieren. Des weiteren wurde das Phänomen der "Negativen Kapazität" beobachtet. Hierzu wurden ausführliche Untersuchungen gemacht. Es wurde eine Abhängigkeit der Negativen Kapazität von der Vorwärtsspannung, der Austrittsarbeit des Kathodenmaterials und der Temperatur gefunden. Es wurde ein Modell vorgeschlagen, mit dessen Hilfe man die Negative Kapazität in einer P3HT/PCBM-Solarzelle erklären kann. Die beobachteten Abhängigkeiten der Negativen Kapazität unterstützen dieses Modell.

Die Arbeit zeigt den Einfluss der Substratorientierung auf die optischen Eigenschaften von höherindexierten InGaAs/GaAs-Heterostrukturen. Dazu wurden im theoretischen Teil ausführlich sowohl der makroskopische Einfluss, wie die Entstehung großer piezoelektrischer Feldstärken, als auch der mikroskopische Einfluss der Substratorientierung, wie die deformationsabhängige Verbreitung der Bandlücke, von Zinkblende-Heterostrukturen am Beispiel einer InGaAs/GaAs-Heterostruktur diskutiert. Unter Zuhilfenahme der gewonnenen Ergebnisse wurden anschließend (001)-orientierte Mehrfachquantengräben und (11k)-orientierte Einfachquantengräben mittels Photoreflexionsspektroskopie und Photolumineszenz- bzw. Photolumineszenzanregungsspektroskopie charakterisiert. Der Einfluss von starker Indiumsegregation und die Verschiebung der Übergangsenergien aufgrund des Quanten-Stark-Effekts konnten bestätigt werden.

Im Rahmen dieser Arbeit wurden die Jouleschen Leistungsverluste in der polymeren Dünnschichtsolarzelle experimentell und rechnerisch bestimmt, um deren Einfluß auf die Gesamtleistung zu quantifizieren. Hierzu wurden die Flächenwiderstände von ITO und Aluminium und der Kontaktwiderstand zwischen den beiden meßtechnisch bestimmt, und der Einfluß der Geometrie der Polymer-Solarzellen untersucht. Auf Glassubstraten von 4 Quadratzoll wurden monolithisch drei Polymer-Solarzellen zu einem Modul seriell verschaltet. Zur weiteren Effizienzsteigerung wurde die optimale Geometrie der Solarmodule berechnet.

In dieser Arbeit werden optische Untersuchungen an blau emittierenden LED-Strukturen basierend auf drei InGaN/GaN Quantengräben (QW) mit Braggreflektor beschrieben. Verspannungen, elektrische Felder, die Bestimmung der Indiumkonzentration sowie Eigenschaften des Braggreflektors bilden die Eckpunkte der Arbeit. Photolumineszenz- (PL), Photoreflexion- (PR), Elektroreflexion- (ER) sowie Photostrommessungen (PC) wurden verwendet. Die Messungen wurden bei Raumtemperatur (RT) entlang der zölligen Wafer durchgeführt. Probenstücke aus Rand- und Mittelbereich wurden temperaturabhängig von T=5K bis RT untersucht. Gegenstand der Untersuchungen war zum einen die abschließende GaN-Deckschicht der Proben, zum anderen der Multiquantengraben. Durch Vergleich der A-Exzitonenergie (aus PL) der GaN-Deckschicht mit einer unverspannten mittels HVPE hergestellten GaN-Probe wurden die Verspannungen gewonnen. Es zeigt sich eine kompressive Verspannung, die entlang der untersuchten Wafer nahezu konstant und temperaturunabhängig ist. Die aus der Verspannungsanalyse gewonnene Gitterkonstante (a=0,3189nm) floss in die theoretischen Betrachtungen ein, die erhaltene Bandlücke von GaN (Eg=3,467eV) in die experimentelle Bestimmung der Oberflächenfelder. Die Höhe und der Verlauf der Feldstärke über der Spannung wurde durch Auswertung der Franz-Keldysh-Oszillationen (FKO) der PR und ER ermittelt. Aus den Oberflächenfeldern wurde die Dotierung der GaN-Deckschicht gewonnen (1*10^(16)-2*10^(16)), sowie eine Abschätzung der dadurch am QW wirkenden Felder (einige 10kV/cm). ER und PC lieferten die Flachbandspannungen der GaN-Deckschicht und des QW. Reflektivitätsmessungen zeigten zum Rand der Proben hin eine Abnahme und eine Verschiebung des Reflektivitätsmaximums zu höheren Energien, aufgrund abnehmender Schichtdicken des Braggreflektors. Die QW-Signale aus ER, PR und PL lieferten durch Vergleich mit theoretischen Betrachtungen die In-Konzentration (ca. 5-10%) und den In-Gradient. Als theoretische Grundlage für die Bestimmung des In-Gehaltes diente ein verkippter QW. Verspannungen sowie Feldeinflüsse wurden in diesem Modell mitberücksichtigt. Die wirkenden Felder im QW (im Bereich MV/cm) wurden über die Polarisationszustände der InGaN- und GaN-Schichten abgeschätzt. Dafür wurden zwei Parametersätze der piezoelektrischen und der Elastizitätskonstanten diskutiert.

In dieser Arbeit wird eine Verbesserung der Quanteneffizienzmessung an kristallinen Silizium Solarzellen vorgestellt. Der Ansatz dafür ist eine infrarote Biasbeleuchtung, die mittels LED erzeugt wird, die anstatt der standardmäßig genutzten Weißlichtquellen verwendet wird. Bei der Quanteneffizienzmessung wird die Solarzelle mit monochromatischen Licht beleuchtet und der zugehörige Kurzschlussstrom gemessen. Die Biasbeleuchtung wird dabei benötigt, um die Solarzelle in einen Zustand zu versetzen der normalen Betriebsbedingungen entspricht. Die LED Biasbeleuchtung stellt einen Arbeitszustand der Solarzelle ein, der mit dem unter Standardbedingungen sehr gut übereinstimmt. Der erzeugte Biasstrom dieser Beleuchtung ist jedoch um 70% kleiner als unter Standardbeleuchtung. Messungen und Simulationen mit dem Programm PC1D und Messungen konnten zeigen, dass die systematischen Abweichungen der Quanteneffizienz, die sich unter dieser infraroten Beleuchtung ergeben, klein sind im Vergleich zu den Abweichungen zwischen den führenden Messlaboren. Die Abweichung liegt zudem in der gleichen Größenordnung wie die Messunsicherheit des verwendeten Versuchsaufbaus, wenn eine starke Weißlicht-Biasbeleuchtung verwendet wird. Damit konnte die Anwendbarkeit der LED Biasbeleuchtung für die Quanteneffizienzmessung an kristallinen Silizium Solarzellen bestätigt werden. Der Vorteil, der sich durch die Verwendung von infraroter LED Biasbeleuchtung ergibt, ist der um 70% reduzierte Biasstrom. Dadurch wird das Signal-Rausch-Verhältnis bei der Messung um mehr als einen Faktor 3 verbessert. Zusätzlich sinkt mit dem abnehmenden Biasstrom auch die Anforderung an die Messelektronik, sodass auch für sehr große Solarzellen die verfügbare Technik verwendet werden kann. Der reduzierte Biasstrom ermöglich zudem eine Erweiterung des Messbereiches, da durch das verbesserte Signal-Rausch-Verhalten nun auch Wellenlängen der monochromatischen Beleuchtung mit nur geringer Bestrahlungsstärke stabile Signale bei der Analyse mit Lock-In Verstärkern liefern.

Elektronische Bauelemente werden aufgrund ihres hohen Integrationsgrades in ihrem Aufbau immer komplexer und die Leistungsdichte steigt. Um mit dieser rasanten Entwicklung auch von Seiten der Fehlerlokalisierung Schritt halten zu können, besteht die große Herausforderung darin, Bauelemente auch weiterhin zuverlässig und genau untersuchen zu können. Im günstigsten Fall sollten die dafür notwendigen Techniken nicht nur einfach und schnell zu bedienen, sondern auch zerstörungsfrei, sehr empfindlich und hoch ortsauflösend sein. Bisherige Standardmethoden wie Photonen-Emissions-Mikroskopie (PEM) und Flüssigkristall-Thermographie (LCT) stoßen dabei an ihre Grenzen. In der modernen Fehleranalyse kommen laserstimulierte Methoden mehr und mehr zum Einsatz, um sensibel und ortsgenau Defekte in elektronischen Schaltkreisen zu lokalisieren. Die Physik dieser Methoden ist zum Teil noch nicht vollständig verstanden. Diese Arbeit soll einen grundlegenden Beitrag zum Verständnis dieser Methoden liefern. Insbesondere für Leistungstransistoren, wie sie heutzutage in der Automobilindustrie verwendet werden, sind laserstimulierte Methoden sehr interessant. In der Regel verfügen die Leistungsbauelemente über mehrere Metallschichten auf der Oberfläche die eine herkömmliche Analyse fast unmöglich machen. In der vorliegenden Arbeit wurde die Wirkung der 1064/1320 nm-Laser auf einzelne Bauelemente sowohl von der Vorder- als auch von der Rückseite untersucht. Erstmalig wurden systematische Untersuchungen zur Wechselwirkung des 1064 nm-Lasers mit elektronischen Bauelementen mittels Light Induced Voltage Alteration durchgeführt. Der Schwerpunkt liegt dabei auf der physikalischen Interpretation der beobachteten Signale. Die Messungen mit dem 1064 nm-Laser an der Diode zeigen Wechselsignale an den pn-Übergängen der untersuchten Struktur. Die Höhe des Spannungssignals ist im Wesentlichen durch den differentiellen Widerstand der Raumladungszone bestimmt. Je größer der Widerstand der Raumladungszone, umso größer ist das Wechselsignal. Für einen direkten Vergleich der Wärmewirkung zwischen dem 1064nm- und 1320 nm-Laser wurden Messungen an einem Bauelement durchgeführt, dessen U-I-Kennlinie einen ohmschen Leckstrom aufwies. Die Ergebnisse beweisen, dass am untersuchten System auch der 1064 nm-Laser einen Erwärmungseffekt hat. Beide Laser erwärmen dabei offensichtlich hauptsächlich Aluminium.

Im Rahmen dieser Arbeit wurden optische Untersuchungen an AlGaN/GaN bzw. GaN/AlGaN/GaN-HEMT-Strukturen mit unterschiedlicher Polarität durchgeführt. Im Mittelpunkt der Experimente stand die systematische Studie von durch die spontane und die piezoelektrische Polarisation induzierten Effekten, die einen tieferen Einblick in die Eigenschaften solcher nitridbasierender Strukturen ermöglichen und damit für ein Basisverständnis für dieses Materialsystem sorgen.