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Die aktuellen Spitzentechnologien in Materialwissenschaft und Elektronik haben durch bedeutende Fortschritte bei Innovationen eine neue Generation von transportabler Elektronik angeregt. Es ist eine große Herausforderung diese Errungenschaften in einem nächsten Schritt für die Entwicklung von intelligenter, flexibler und tragbarer Elektronik anzuwenden. Zentral für die Realisierung dieser fortgeschrittenen Elektronik ist die Verfügbarkeit von effizienten, sicheren, kompakten, leichten, flexiblen und verwertbaren Energiespeichern. Im Gegensatz zu den heutigen Akkumulatoren besitzen Superkondensatoren hervorragende Eigenschaften wie schnelle Ladungs-/Entladungszyklen, hohe Zykluslebensdauer sowie ausgezeichnete Sicherheitsmerkmale, die sie vielversprechend für viele Anwendungen machen. Andererseits schränken Faktoren wie niedrige Ladungsspeicherkapazität, mangelnde Ultrahochgeschwindigkeitstauglichkeit und Schwierigkeiten bei der Integration bestehender Superkondensatoren den Nutzen in der intelligenten Elektronik der neuen Generation aufgrund ihrer schlechten strukturellen Kompatibilität und mechanischen Eigenschaften ein. Folglich erfordern diese Einschränkungen eine Verbesserung der Ladungsspeicher und der physikalischen Eigenschaften von Superkondensatoren. Ausgehend von den oben genannten Faktoren schlägt diese Arbeit ein neues Herstellungsverfahren für die Entwicklung von kabelbasierten Festkörper Superkondensatoren (solid-state cable-type supercapacitors (SSCTSs)) vor, seilartigen Strukturen basierend auf einem Festkörperelektrolyten, welche ausgezeichnete Ultrahochgeschwindigkeitseigenschaften ermöglichen, um den Herausforderungen von Energiespeichern in der intelligenten, flexiblen und tragbaren Elektronik gerecht zu werden. Die Hauptarbeit dieser Dissertation konzentriert sich auf die Herstellung von eigendotierten Titanoxid-Nanotubes (D-TiO2) auf Titan (D-TiO2/Ti) durch Anodisierung von Titandraht mit anschließender kathodischer Polarisation als Elektroden für die Entwicklung von SSCTSs. Die einzigartige Architektur von regelmäßig aufgewachsenen D-TiO2 auf Titandraht ermöglicht einen kurzen Ionendiffusionsweg sowie einen geringen Ladungsübertragungswiderstand, wodurch die hergestellten SSCTSs hervorragende Ladungsspeichereigenschaften sogar bei einer Ultrahoch-Scan-Rate von 200 V / s (Cyclovoltammetrie) zeigen, welche nahezu zwei bis drei Größenordnungen (100 1000-fach) über den veröffentlichten maximalen Scan-Raten der meisten bisher entwickelten SSCTSs liegt. Neben der überlegenen Ladungsspeicherung zeigen D-TiO2/ Ti basierte SSCTSs auch nach über 20.000 Ladungs-/Entladungszyklen eine ausgezeichnete zyklische Stabilität sowie eine zuverlässige Ladungsspeicherleistung auch unter mechanischer Beanspruchung (Verbiegung). Um die Fähigkeiten dieser Methode weiter zu belegen, werden in der Dissertation auch SSCTSs unter Verwendung von weiterentwickelten Elektroden, wie MoO3D-TiO2/Ti und PEDOT@D-TiO2/Ti durch kontrollierte galvanische Abscheidung von MoO3 und PEDOT auf D-TiO2/Ti, hergestellt. Die Verwendung so gestalteter Elektroden trägt dazu bei, die Kapazitäts- und Energiedichte von SSCTSs unter Beibehaltung aller grundlegenden Eigenschaften von D-TiO2-basierten SSCTSs zu verbessern. Die Leistungsfähigkeit der vorgeschlagenen SSCTSs betont das Zukunftsträchtige der Methodik, welche in dieser Arbeit für die Herstellung von Hochleistungs-SSCTSs für verschiedene Anwendungen in einer neuen Generation von Elektronik vorgestellt wird. Darüber hinaus untersucht diese Arbeit auch die Möglichkeiten von TiO2-basierten Elektroden, um Höchstgeschwindigkeiten bei SSCTSs zu erreichen, ein Thema, das bisher nur selten untersucht wurde. Schließlich ist es bei dem rasanten Wachstum von Technologien unschwer vorstellbar, dass die hier entwickelte Methode neue Möglichkeiten im Bereich der Höchstgeschwindigkeits-SSCTSs eröffnet, neue Wege für Innovationen neuer elektronischer Geräte ebnet und die wachsenden Bedürfnisse von Endnutzern erfüllt.

Die Kontaktierung von Solarzellen wird prozesstechnisch sehr einfach gehalten. So werden für den Frontkontakt z.B. Ag-Dickfilmleitpasten verwendet. Diese werden entweder über verschiedene Druckverfahren oder durch direkte Schreibverfahren, wie bei der SCHOTT Solar, bei der diese Arbeit entstand, auf die ARC aufgelegt. Die Vorgänge während eines anschließenden Hochtemperaturprozess, der Sinterung, erweisen sich jedoch als durchaus komplex. So muss Ag-Pulver nicht nur einen zusammenhängenden elektrisch leitfähigen Körper bilden, sondern die Zelle muss auch noch elektrisch kontaktiert werden. Hierzu wird die isolierende ARC, durch Redoxprozesse mit einer Glasschmelze, durchätzt. An den fertigen Kontakt werden neben elektrischen auch mechanische Anforderungen gestellt. Im Kontaktübergang Paste/Substrat beobachtete Risse weisen auf unerwünschte thermische Spannungen hin, welche sogar zur Ablösung ganzer Fingerpartien führen. Die relativ einfache Sinterung und Kontaktierung einer kristallinen Si-Solarzelle erweist sich demnach durchaus als komplex und nicht gänzlich verstanden. - Hauptziel der Arbeit ist daher eine Methode zu finden, mit welcher die Sinterung in-situ beobachtet werden kann. Hierzu dient die lichtmikroskopische Untersuchung von Fingerquerschnitten mittels der Mikroskopheizkammer Linkam TS1500. Eine FIB-Probenpräparation der Ag/Si-Bruchkante erhöht den Informationsgehalt der Querschnittsfläche. Neben der lichtmikroskopischen Betrachtung des Kontaktes entstanden REM-Aufnahmen unterschiedlicher Sinterzustände, von der getrockneten Paste bis hin zum fertig gesinterten Kontakt. OES-, LA-MS-, GDMS-Messungen sowie simultane Thermoanalysen, mittels DTA und TG, geben Aufschluss über die Pastenzusammensetzung und ihr thermisches Verhalten. Die Gridfingerquerschnittsfläche Paste/Substrat wurden darüber hinaus mittels EDX und AES analysiert. Abgeschlossen wird diese Arbeit durch eine elektrische Charakterisierung, der Bestimmung des Übergangswiderstandes Finger/Zelle mittels TLM an herkömmlichen Siliziumsolarzellen. Darüber hinaus wurde der Kontaktwiderstand ebenfalls an selbst fabrizierten Kreiskontakten bestimmt. - Die gemachten Untersuchungen geben Aufschluss über mögliche Ablösungsprozesse und Hinweise für weitere Untersuchungen zum besseren Verständnis des Kontaktbildungsprozesses in der Solarzellenindustrie.

Es werden tomographische Datensätze ausgewertet, die mit einem Terahertz-Zeitbereichsspektrometer gemessen bzw. durch Simulation gewonnen wurden. Zur Rekonstruktion kommt neben der gefilterten Rückprojektion (Filtered Back Projection), die im Frequenzraum durchgeführt wird, auch ein Algorithmus zum Einsatz, der auf Überlagerung im Ortsraum basiert. Es wird gezeigt, dass beide Algorithmen die Rekonstruktion eines Schnittbildes sowohl auf Basis der Amplitudenabschwächung als auch basierend auf der Pulsverzögerung ermöglichen. Der Einfluss eines Schärfungsfilters auf den Überlagerungsalgorithmus wird analysiert. Erstmalig erfolgt die tomographische Rekonstruktion anhand des Terahertzspektrums eines Probekörpers. Dabei werden zwei Einschlüsse aus Glucose bzw. Lactose im Volumen eines Styroporkörpers korrekt lokalisiert und identifiziert.

Der Halbleiter Zinkoxid gewinnt seit der Mitte der 90er Jahre stetig an Interesse in der Halbleiterforschung. Die direkte Bandlücke von rund 3,4eV und die außergewöhnlich hohe Exzitonenbindungsenergie von etwa 60meV machen ZnO zu einem idealen Kandidaten für optoelektronische Anwendungen im ultravioletten Bereich des elektromagnetischen Spektrums. Eine Schlüsseltechnologie zur Herstellung optoelektronischer Bauelemente ist die Durchstimmbarkeit der Bandlücke. Dabei kann die Verschiebung zu höheren Energien durch die Substitution von Zn mit Mg realisiert werden. Während die optischen Eigenschaften von ZnO weitgehend verstanden sind, gilt dies nicht für das ternäre System MgZnO. Die vorliegende Arbeit stellt dazu im Vorfeld der Untersuchungen das Materialsystem vor, beschreibt die Theorie der optischen Eigenschaften und diskutiert den Einfluss von Verspannungen auf Basis der kp-Theorie. Den Schwerpunkt der Arbeit bildet die Bestimmung und die Analyse der komplexen dielektrischen Funktion von MgZnO. Diese wurde mit Hilfe der spektroskopischen Ellipsometrie im Bereich zwischen 1eV und 5eV an epitaktischen MgZnO-Schichten mit Mg-Anteilen von 0% bis 23% bestimmt. Die isotrope Anpassung lieferte die parameterfreien dielektrischen Funktionen der MgZnO-Schichten. Bei der Analyse auf ihre einzelnen Beiträge wurden, neben der Coulomb-Wechselwirkung, Beiträge durch Exzitonen-Phononen-Komplexe berücksichtigt. Es zeigte sich, dass diese einen signifikanten Beitrag zur dielektrischen Funktion von MgZnO liefern. Zusätzlich konnten aus den Anpassungen wichtige Materialparameter, wie z.B. die Bandlücke oder die Hochfrequenzdielektrizitätszahl, bestimmt werden. Neben der Ellipsometrie erfolgte eine unabhängige Charakterisierung mittels temperaturabhängiger Photolumineszenzspektroskopie im Bereich der Bandkante. Die Übergänge aus freien und gebundenen Exzitonen sowie ihre Phononenreplika konnten über den gesamten Temperaturbereich (5K-290K) identifiziert werden. Der Vergleich von Ellipsometrie und Photolumineszenz zeigte eine Stokes-Verschiebung.

Die Zielstellung dieser Arbeit besteht in der Untersuchung der Stabilität mikromorpher Solarzellen, hergestellt in einem industriellen Produktionsprozess. Hierzu wird das Verhalten wichtiger Solarzellenparameter, wie Voc, jsc und eta, unter dem Einfluss verschiedener Bedingungen beobachtet und interpretiert. Die Kristallinität des æc-Si-Absorbers stellt sich während dieser Untersuchungen als Schlüsselparameter für die Stabilität mikromorpher Solarzellen heraus. - Ein sensibler Abschnitt im industriellen Herstellungsprozess ist die Standzeit zwischen der PECVD- und der ZnO-Rückkontaktabscheidung. Hier besitzen Kontaminationen Einfluss auf die Parameter der mikromorphen Solarzelle. Während für eine Standzeit t1 < 50 h kein eindeutiger Trend zu erkennen ist, so wirkt sich diese für t1 > 50 h reduzierend auf Voc und jsc aus. Besonders kristalline Zellen weisen für hohe Standzeiten eine Erhöhung im Serienwiderstand auf. Als Kontamination kann der Sauerstoffgehalt in der intrinsischen Absorberschicht der æc-Si-Bottom-Zelle durch eine SIMS-Analyse in Bezug zum resultierenden Wirkungsgrad gesetzt werden. Es wird beobachtet, dass Zellen mit dem größten Sauerstoffgehalt die geringste Effizienz aufweisen und umgekehrt. - Durch die Anwendung einer thermischen Behandlung wird untersucht, ob die durch Kontamination induzierte Degradation reversibel ist. Zellen hoher Kristallinität zeigen eine Verbesserung in jsc und Voc. Mit abnehmender Kristallinität verringert sich auch die relative Änderung in jsc und Voc. Während für noch geringere Kristallinitäten alle Zellen in Voc eine Verbesserung erzielen, zeigt sich für ein Teil der Zellen ein Verlust in jsc durch die thermische Behandlung. - Im letzten Teil dieser Arbeit wird die Stabilität der mikromorphen Solarzellen nach thermischer Behandlung bei Lagerung in Dunkelheit untersucht. Es kann beobachtet werden, dass mikromorphe Zellen mit hoch kristalliner Bottom-Zelle, welche zuvor von Temperung am stärksten profitiert haben, die größte Dunkeldegradation in jsc und Voc zeigen. Mikromorphe Zellen, welche zuvor durch Temperung einen Verlust in jsc aufgewiesen haben, zeigen durch die Dunkellagerung einen relativen Gewinn auf. Die mikromorphe Solarzelle mit der höchsten stabilisierten Effizienz von 9,65% hat eine Ramankristllinität von 0,56.

Die vorliegende Arbeit behandelt die Untersuchung eines zusätzlichen Prozessschrittes nach der Phosphordiffusion, mit dem die Ladungsträger-Lebensdauer im Volumen der Solarzelle und damit deren Wirkungsgrad erhöht werden soll. Es wurden die Prozessparameter mit dem größten Einfluss identifiziert und hinsichtlich der Gesamtprozesszeit und des Wirkungsgradgewinns optimiert. Es zeigte sich eine Abhängigkeit des Ergebnisses von der Position der Siliziumwafer im Block und im Siliziumingot. Anhand lokal aufgelöster Messungen wurde der zugrundeliegende Mechanismus des Prozesses bei der gewählten Temperatur bestimmt. Das Phosphordiffusionsgettern ist für einen Großteil der Wirkungsgradgewinne verantwortlich.