Seeland, Marco;
Detection of luminescence radiation for the characterization of organic photovoltaic devices. - 82 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Masterarbeit, 2011
Eine lateral auflösende Messmethode wurde aufgebaut und zur schnellen und vielfältigen Charakterisierung von organischen Solarzellen genutzt. Die Messmethodik basiert auf der ortsaufgelösten Detektion der vom organischen Halbleiter emittierten Lumineszenzstrahlung mit einer hochempfindlichen CCD Kamera und wird daher als 'Bildgebende Lumineszenzanalyse' bezeichnet. Durch kombinierte elektrische und optische Anregung des photoaktiven organischen Materials wurde eine qualitative und quantitative Unterscheidung zwischen Degradation der Ladungsträger-injizierenden Elektroden und des Licht absorbierenden bzw. emittierenden organischen Halbleiters erreicht. Darüber hinaus wurde ein Stabilitäts-Messplatz aufgebaut, um die Lebensdauer hergestellter Solarzellen unter kontinuierlicher Beleuchtung und periodisch erfolgender automatischer Strom-Spannungs-Charakterisierung zu bestimmen. Dabei zeigte sich, dass die Kombination aus Bildgebender Lumineszenzanalyse und Stabilitätsuntersuchung tiefere Einblicke in die Ursachen und Auswirkungen von Degradationsmechanismen in organischen Solarzellen ermöglichen. Darüber hinaus konnte zum ersten Mal in einer Langzeitstudie sowohl qualitativ als auch quantitativ zwischen Degradation des organischen Mediums und des Metall/Halbleiter-Kontaktes unterschieden werden. Für die quantitative Beschreibung des inhomogenen Elektrolumineszenz-Profils wurde ein Modell basierend auf der Dünnschicht-Solarzellenarchitektur entwickelt. Maßgeblich ist dabei die Berücksichtigung des Flächenwiderstands des semitransparenten leitfähigen Oxids. Die Anwendung dieses Mikro-Dioden-Modells, bestehend aus einem Netzwerk miteinander verbundener Dioden und Widerstände, erlaubt die Charakterisierung des Flächenwiderstands der semitransparenten Elektrode sowie die Bestimmung der lokalen Strom-Spannungs-Kennlinie frei von Serienwiderstandseffekten. Die Erweitung des Mikro-Dioden-Modells auf den Fall der beleuchteten Solarzelle erlaubt darüber hinaus die Vorhersage lateraler Strom- und Spannungsverteilungen der Solarzelle unter Beleuchtung. Dabei wurde gezeigt, dass eine niedrige Leitfähigkeit der Elektroden nicht nur zu resistiven, d.h. Jouleschen Leistungsverlusten führt, sondern auch zu Leistungsverlusten aufgrund eines inhomogenen Stromerzeugungsprofils. Diese Ergebnisse liefern letztlich wesentliche Rückschlüsse auf die Geometrie-abhängige Effizienz von Dünnschicht-Solarzellen, bspw. der Polymer-Solarzelle wie sie im Rahmen dieser Arbeit untersucht wurde.
Bärwolf, Florian; Charakterisierung von Boro- und Phosphorsilikat-Gläsern mittels Fourier-Transform-Infrarot-Spektroskopie. - 83 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2011
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.
Gartenbach, Marcus; Entwicklung eines Standardtests zur Untersuchung der potentialinduzierten Degradation an monokristallinen Silizium-Solarmodulen. - 47 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2011
Der Effekt der potentialinduzierten Degradation (PID) kann innerhalb der Garantiezeit von Solarmodulen zu nahezu vollständigem Leistungsverlust führen. Deshalb ist es das Ziel dieser Arbeit einen Standardtest zur Untersuchung des Effekts an monokristallinen Silizium-Solarmodulen zu entwickeln, der Aussagen über den zu erwartenden Leistungsverlust nach 25 Jahren im Einsatz trifft. Dazu werden verschiedene Umgebungsbedingungen mithilfe einer Klimakammer simuliert, während an den Modulen eine Hochspannung zwischen Vorderseite und innerer Kontaktierung angelegt wird. Aus den Messergebnissen sollen weitere Erkenntnisse zum PID-Effekt gewonnen werden, die zur Überprüfung des vorläufigen physikalischen Modells genutzt werden. Ebenso werden praxisnahe Lösungen für die Vermeidung des PID-Effekts gesucht. Hierbei gibt es Ansätze auf Ebene der Solarzelle, des Moduls und des Aufbaus von Solarkraftanlagen. Die quantitative messung der Degradation geschieht mittels eines Modulflashers zur Aufnahme elektrischer Kenndaten. Elektrolumineszenzaufnahmen dienen als bildgebende Analytik.
Günz, Christian; Untersuchung seltenerddotierter SiO2-Dünnschichten für Downconversion Anwendungen in der Photovoltaik. - 61 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2011
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.
Biank, Hans-Christian; Analyse der Schichteigenschaften und Passivierqualität PECVD-hergestellter Siliziumoxinitridschichten. - 54 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2011
In dieser Arbeit wurden Siliziumoxinitridschichten (a-SiOxNy : H) im gesamten Zusammensetzungsbereich (0 < x < 2) mittels PECVD abgeschieden und auf ihre optischen und strukturellen Eigenschaften hin untersucht. Dabei wurde auch der Einsatz dieser Schichten für photovoltaische Anwendungen durch die Ermittlung der Passiviereigenschaften geprüft und desweiteren die Stabilität gegenüber Hochtemperaturschritten getestet. Die optische Charakterisierung erfolgte mittels der spektralen Ellipsometrie und einem Auswertemodell, welches die Analyse von unterschiedlichen Schichtzusammensetzungen erlaubt. Mithilfe der fouriertransformierten Infrarotspektroskopie konnten Korrelationen zwischen Schichtzusammensetzung, Wasserstoffgehalt und den optischen Konstanten hergestellt werden. Durch die Analyse verschiedener optischer und dielektrischer Modelle konnten neben den optischen Konstanten auch Aussagen über strukturelle Eigenschaften der amorphen Schichten gewonnen werden. Die Bestimmung der Passivierqualität erbrachte, dass besonders sauerstoffreiche Schichten in einem Schichtstapel mit Siliziumnitrid für den Einsatz in solchen Solarzellen geeignet sind, welche einem Sinterschritt unterliegen, weil sie sehr niedrige Oberflächenrekombinationsgeschwindigkeiten besitzen und thermisch stabil sind.
Möller, Christian; Optische Eigenschaften von n-dotiertem GaN im Temperaturbereich von 295 K bis 790 K. - 65 S. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2011
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.
Wagner, Andrea; Inline-Charakterisierung von mc-Silizium-Wafern hinsichtlich der Oberflächentextur. - 51 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2011
In der Arbeit wurde untersucht, welchen Einfluss verschiedene Prozessparameter bei der Texturierung der Oberfläche von mc-Si-Wafern auf den Wirkungsgrad der fertigen Zelle besitzen. Weiterhin wurden Intensität, Dichte und Flächenverteilung von Darklines und deren Auswirkungen auf den Wirkungsgrad untersucht. Dabei stellte sich heraus, dass einerseits der Ätzabtrag im untersuchten Bereich keine Auswirkung auf den Wirkungsgrad zeigte, andererseits Geschwindigkeit und Spurauslastung der Texturanlage optimal einsgestellt werden müssen. Außerdem konnte nachgewiesen werden, dass der durch die Materialqualität gegebene Darkline-Anteil den Wirkungsgrad signifikant beeinflusst, wobei Intensität und Dichte der Defektstellen eine wichtige Rolle spielen. Bei der zur Messung der Reflexion und des Darkline-Anteils eingesetzten Texturkamera konnte der fehlbestimmte Darkline-Anteil durch optische Kontrolle der Wafer eliminiert werden.
Sendner, Michael; Charakterisierung Bor dotierter, epitaktischer Siliziumschichten auf Si(100)-Wafersubstrat mittels Vierspitzen- und Hallmessung. - 63 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2011
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.
Chall, Annemiek; Organic parallel tandem solar cell design without an optical spacer and with calcium as cathode. - 39 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2011
Diese Bachelorarbeit befasst sich mit dem Aufbau und der Herstellung paralleler organischer Tandemsolarzellen. Wobei diese keine optische Trennschicht zwischen den Einzelzellen haben und Kalzium als Mittelelektrode verwendet wird. Zu Beginn der Arbeit werden die Grundlagen organischer Solarzellen vorgestellt, mit besonderem Fokus auf die verwendeten Materialien. Anschließend wird auf den Bau der Tandemzelle und deren elektrischen Verschaltung eingegangen. Das verwendete Herstellungsverfahren und die damit erzeugten organischen Tandemsolarzellen, so wie deren Messergebnisse werden präsentiert. Dabei wird explizit auf die Schichtdicke der Kalziummittelelektrode, so wie Herausforderungen während des Herstellungsverfahrens eingegangen.
Kleemann, Maria-Elena; Polaritonische Effekte in Breitbandhalbleitern als Funktion der Temperatur. - 58 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2011
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.
