Photon-Management in Dünnschicht-Solarzellen

Fahr, Stephan GND

In dieser Arbeit wurden Maßnahmen vorgestellt, die die Ausbreitung des einfallenden Lichtes innerhalb von Dünnschichtsolarzellen derart modifizieren, dass dadurch deren Wirkungsgrad gesteigert wird. Die Stärke der vorgestellten numerischen Untersuchungen liegt dabei in der rigorosen Lösung der Maxwellschen Gleichungen, welche die Analyse realer Systeme ohne Approximationen erlaubt. Um allgemeine Aussagen treffen zu können, wurde die Simulation der elektronischen Prozesse unterlassen, weil ansonsten eine zu starke Fokussierung auf eine konkrete Solarzelle zu befürchten wäre. In der vorliegenden Arbeit konnten fundamentale Aussagen bezüglich der Ausgestaltung einer idealen Textur getroffen werden, welche für gegenwärtige Dünnschichtsolarzellen über den gesamten relevanten Spektralbereich sowohl Reflexionsverluste unterdrückt als auch zu einer Verlängerung des effektiven Weges führt. Gegenstand der Arbeit war auch der Entwurf eines spektral- und winkelselektiven Filters, der den Akzeptanzwinkel einer Solarzelle mit dem Ziel einer verbesserten Absorption im langwelligen Spektralbereich einschränkt. Hierfür konnte erstmals eine Struktur vorgeschlagen werden, die theoretisch eine Steigerung des Wirkungsgrades erlaubt. Im weiteren Verlauf wurden auch Tandemzellen auf der Basis von amorphem und mikrokristallinem Silizium untersucht. Bei diesen ist die Implementierung eines Zwischenreflektors ein probates Mittel zur Steigerung des Wirkungsgrades. In diesem Zusammenhang wurde die Verwendung von metallischen Nanopartikeln zur Realisierung der gewünschten spektral selektiven Reflektivität angeregt. Des Weiteren konnte auch gezeigt werden, dass sich die Vorzüge von texturierten Oberflächen mit dem Konzept der Zwischenreflektoren vereinen und in Kombination beider Maßnahmen höhere Wirkungsgrade erzielen lassen, als wenn nur eine dieser Komponenten implementiert ist.

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Fahr, Stephan: Photon-Management in Dünnschicht-Solarzellen. 2012.

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