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Synooka, Olesia;
Approaching highly efficient organic solar cells via interface engineering, 2014. - VIII, 117 S. Ilmenau : Techn. Univ., Diss., 2014

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.



Turkovic, Vida;
Long-term stabilization of organic solar cells using additives, 2014. - Online-Ressource (PDF-Datei: XI, 137 S., 4,50 MB) : Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2014
Parallel als Druckausg. erschienen

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.



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Heinrich, Gerrit;
Direkte Laserablation von dünnen, auf Silizium abgeschiedenen Siliziumnitridschichten durch nichtlineare Absorption, 2014. - Online-Ressource (PDF-Datei: II, 98 S., 5,56 MB) : Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2014
Parallel als Druckausg. erschienen

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.



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Muhsin, Burhan;
Reproduzierbar effiziente Prozessierung von flexiblen Polymersolarmodulen, 2014. - Online-Ressource (PDF-Datei: 137 S., 4,95 MB) : Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2014
Parallel als Druckausg. erschienen

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.



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Engmann, Sebastian;
Spectroscopic ellipsometry study on the morphology of polymer fullerne solar cells, 2014. - Online-Ressource (PDF-Datei: XI, 142 S., 3, 04 MB) : Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2013
Parallel als Druckausg. erschienen

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.



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Rzesanke, Daniel;
Laborexperimente zum Einfluss elektrischer Ladungen auf Wolkenprozesse, 2013. - Online-Ressource (PDF-Datei: 168 S., 11,02 MB) : Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2013
Parallel als Druckausg. erschienen

Vielfältigste Studien zeigen eine Korrelation der solaren Aktivität mit terrestrischen Klimaanzeigern. Dabei ist der verbindende Mechanismus, welcher die solare Variabilität mit dem Wettergeschehen in den untersten Atmosphärenschichten der Erde koppelt, bisher unidentifiziert. Aus diesem Grund wurde das DFG-Schwerpunktprogramm CAWSES initiiert, zu welchem die vorliegende Arbeit einen experimentellen Beitrag liefert. Eine der vorgeschlagenen Hypothesen [1] folgt dabei dem Ansatz, dass solare Ereignisse den globalen, terrestrischen Stromkreis modulieren. Der dadurch veränderbare Ladungszustand atmosphärischer Wolken, beziehungsweise Wolkentropfen, kann sich wetter- und somit klimarelevant auswirken. Zur Untersuchung wurde eine Anlage aufgebaut, welche dominante wolkenmikrophysikalische Effekte an geladenen Mikrotropfen nachbildet und quantifiziert. Dazu werden einzelne Tropfen von bis zu 90mym Größe automatisiert in einer elektrodynamischen Falle berührungslos gespeichert, unterkühlt und manipuliert. Untersucht wurden unter anderem die homogene Eisnukleation unterkühlter Wolkentropfen sowie deren Verdunstungsverhalten. Mit dem Ergebnis, dass keine erhöhte Gefrierwahrscheinlichkeit, aber eine deutliche Verzögerung der Verdunstung (bis hin zum Erliegen) in Anwesenheit von Nettoladungen festgestellt wurde. In einer zweiten Serie von Experimenten wurde die Wechselwirkung geladener Wolkentropfen mit den allgegenwärtigen Aerosolen, welche ebenfalls geladen vorkommen, untersucht. Dabei wird eine Möglichkeit entwickelt und validiert, die Sammeleffizienz aus den experimentellen Bedingungen quantitativ zu bestimmen. Es konnte gezeigt werden, dass der Ladungsinfluenz hierbei eine maßgebliche Rolle zukommt. Zur Demonstration einer klimarelevanten Wirkungskette wurde anhand zweier atmosphärisch relevanter Mineralstaubspezis (Illit- und Kaolinitaerosol) die vermehrte Eispartikelbildung durch unterkühlte Wolkentropfen im Kontaktgefriermodus nachgebildet. Hierbei wird die Gefrierwahrscheinlichkeit durch das elektrostatisch erhöhte Eiskeimangebot erheblich gesteigert. Das dafür geschaffene System, welches Einzeltropfenuntersuchung und Aerosolerzeugung vereint, eröffnet eine neue und weiterhin genutzte Möglichkeit wolkenphysikalischer Experimente im Labormaßstab.



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Fiedler, Jan;
Elektrische und strukturelle Eigenschaften von supraleitenden Schichten in Gallium-implantiertem Silizium und Germanium, 2013. - Online-Ressource (PDF-Datei: XVI, 110 S., 3,50 MB) : Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2013
Unterschiede zwischen dem gedruckten Dokument und der elektronischen Ressource können nicht ausgeschlossen 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.



http://www.db-thueringen.de/servlets/DocumentServlet?id=22955
Eisenhardt, Anja;
Charakterisierung der elektronischen und chemischen Eigenschaften reiner polarer InN-Oberflächen und deren Beeinflussung durch Adsorbate, 2013. - Online-Ressource (PDF-Datei: IV, 165 S., 16,83 MB) : Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2013
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Indiumnitrid (InN) gehört zu den III-V Halbleitern und ist durch seine geringe Bandlücke sowie seine guten Elektronentransporteigenschaften ein vielversprechender Kandidat für den Einsatz in ultraschnellen Transistoren und optoelektronischen Bauelementen. Dabei spielen neben den Volumeneigenschaften des Materials vor allem auch die Oberflächeneigenschaften eine entscheidende Rolle. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Charakterisierung der elektronischen und chemischen Oberflächeneigenschaften von reinem sowie adsorbatbedecktem, polarem InN. Die InN-Schichten wurden mittels plasmaunterstützter Molekularstrahlepitaxie (MBE) abgeschieden und in-situ anhand der Beugung hochenergetischer Elektronen (RHEED) sowie mittels Röntgen- und Ultraviolett-Photoelektronenspektroskopie (XPS, UPS) untersucht. Hierbei zeigten sich deutliche Unterschiede in den elektronischen Eigenschaften der polaren Oberflächen, die vor allem auf die unterschiedlichen atomaren Strukturen zurückgeführt werden konnten. So kommt es an der In-polaren InN-Oberfläche zur Ausbildung einer 2×2 Oberflächenrekonstruktion, die zu Oberflächenzuständen nahe des Ferminiveaus führen, welche zur Ausbildung einer starken Elektronenakkumulationsschicht an den InN(0001)-2×2 Oberflächen beitragen. Beim reinen N-polaren InN beobachtet man im Gegensatz dazu eine 1×1-Oberfläche mit besetzten Oberflächenzuständen nahe des Valenzbandminimums (bei ˜ 1,6 eV), verbunden mit einer deutlich reduzierten Oberflächenabwärtsbandverbiegung. Weiterhin wurden Veränderungen der InN-Oberflächen durch Adsorbatwechselwirkungen systematisch mittels UPS und XPS untersucht und dabei der Einfluss des Sauerstoffs und des Wassers als wichtige Bestandteile der Luft detailliert betrachtet. Die experimentellen Ergebnisse werden im Hinblick auf Informationen zur Anbindung der Adsorbatspezies, zur Dipolbildung sowie zur Beeinflussung der Oberflächenelektronen und damit der Oberflächenbandverbiegung der InN-Proben diskutiert. Dabei zeigt sich, dass Sauerstoff in atomarer Form an die InN-Oberflächen bindet und als Elektronenakzeptor zur Reduzierung der Abwärtsbandverbiegung an den In-polaren InN-Proben beiträgt bzw. kaum einen Einfluss auf die bereits reduzierte Bandverbiegung des N-polaren InN hat. Die Wechselwirkung mit Wasser führt dagegen bei beiden Polaritäten zu einer deutlich ausgeprägten Elektronenakkumulation.



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Singh, Chetan Raj;
Correlation of charge transport with structural properties in poly3-hexylthiophene-polyperyleneacrylate block copolymers and its ilmplication on solar cell performance, 2013. - IX, 113 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2013

Der Einsatz von Block-Copolymeren als einlagige Aktivschicht, bietet die Möglichkeit zur Konstruktion von hocheffizienten und thermodynamisch stabilen Polymersolarzellen. Die in Block-Copolymeren charakteristische Unmischbarkeit der zwei kovalent gebundenen Donor- und Akzeptor-Blöcke, ist verantwortlich für die Phasentrennung der beiden Komponenten und führt zu einer sich selbst organisierenden Morphologie im Nanometerbereich. Für einen effizienten Ladungstransport zu den Elektroden der Solarzelle, ist eine senkrechte Orientierung der Donor-und Akzeptor-Phasen grundsätzlich erwünscht. Demzufolge ist die Bewertung des morphologisch und im nanoskaligen Bereich liegenden Effekts der Phasenseparation in Block-Copolymeren auf den Ladungstransport und damit auf die Leistung der Solarzelle von entscheidender Bedeutung. In dieser Arbeit wurde ein Modell-Blockcopolymer, bestehend aus dem Donor-Block Poly (3-hexylthiophen) P3HT und dem Akzeptor-Block Poly (Perylenbisimid Acrylat) PPerAcr verwendet. Die Ladungstransporteigenschaften von reinem P3HT und PPerAcr, sowie die des Block-Copolymere (P3HT-b-PPerAcr) wurden in Abhängigkeit der Molekulargewichte, der Zusammensetzung und der Temperbedingungen untersucht. Die Ladungsträgerbeweglichkeit wurde unter Verwendung der Raumladungs begrenzten Stromstärkemessung (SCLC) und der Messung der Ladungs Extraktion bei linearem Ansteigen der Spannung (CELIV) gemessen. Intermolekulare Eigenschaften bezüglich Struktur und Morphologie wurden mittels Absorptionsspektroskopie, Photolumineszenzspektroskopie, Rasterkraftmikroskopie, Photoelektronenspektroskopie und Röntgenstreuung gemessen. Die gefertigten Solarzellen wurden mittels Strom-Spannungs- und spektraler Photostrommessungen charakterisiert. In der Studie über reine P3HT Filme, wird eine eindeutige Korrelation zwischen einem durch das Molekulargewicht bestimmten strukturellen Parameter, der langen Periodizität und einer elektronischen Eigenschaft, der Ladungsträgermobilität zum ersten Mal aufgezeigt. Das Verhalten der Ladungsmobilität auf einer logarithmischen Skala, war in hervorragender Übereinstimmung mit der experimentell ermittelten langen Periodizität der P3HT-Kristallite. In reinen Blockcopolymerfilmen wurde hinsichtlich der Ladungsträgerbeweglichkeit eine Größenordnung Unterschied für Löchern und Elektronen beobachtet. Um das Donor-Akzeptor-Verhältnis und die Domänen-Größen im Block-Copolymer zu optimieren, wurde ein reines Akzeptor-Polymer (PPerAcr) in unterschiedlichen Mengen mit dem Block-Copolymer gemischt. Als Effekt der Erhöhung des Akzeptorgehalts im Blockcopolymer /Homopolymergemisch, wurde ein kontinuierlicher Anstieg des Kurzschlussstroms und der Leerlaufspannung beobachtet, was zu einer insgesamt verbesserten Photovoltaikleistung führte. Schließlich wurden typische lamellenartige oder zylindrische Strukturen der Mikrophasenseparation, die von herkömmlichen amorphen Blockcopolymersystemen bereits bekannt sind, in Filmen realisiert. Es wird gezeigt, dass die realisierte Ausrichtung der Phasenkomponenten in den untersuchten Filmen nicht für vertikalen Ladungstransport geeignet ist und somit zu einer schlechten Leistung der Solarzelle führt. Die Ergebnisse dieser Studie zeigen, die Zusammenhänge zwischen den Ladungstransporteigenschaften und den Strukturen in einem Modell P3HT-b-PPerAcr Blockcopolymerfilmen auf und bieten eine Arbeitsgrundlage für die Herstellung der nächsten Generation an effizienten Blockcopolymer Solarzellen.



Plentz, Jonathan;
Laserkristallisierte multikristalline Silicium-Dünnschicht-Solarzellen auf Glas, 2013. - Online-Ressource (PDF-Datei: 136 Bl., 2,39 MB) : Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2013
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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%.



http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2013000305