Photonmanagement in Dünnfilmsolarzellen

Wiesendanger, Samuel

In der vorliegenden Arbeit sind verschiedene Ansätze für das Photonmanagement in Dünnfilmsolarzellen numerisch untersucht worden. Als Erstes sind sowohl dielektrische als auch metallische Partikel in periodischer Anordnung betrachtet worden. Der Nachteil dieser Ansätze ist die diskrete Antwort periodischer Strukturen. Es zeigt sich, dass auf der sonnenzugewandten Seite der Solarzelle eine gute Lichteinkopplung über einen breiten Spektralbereich erforderlich ist, wohingegen auf der sonnenabgewandte Seite der Solarzelle eineschmalbandigeAntwort um die Absorptionskante durchaus angebracht ist. Dafür sind insbesondere invertierte Opale gut geeignet. Im zweiten Kapitel sind als Folge davon randomisierte Texturen an der Frontseite angewandt worden. Aufgrund der Textur ist jedoch das Opalwachstum auf der Solarzellenrückseite zunächst gestört. Erst allmählich bildet sich trotzdem ein perfektes Gitter aus. Es ist gerade diese Mischung aus Periodizität und Amorphie, die die Vorteile beider Ansätze vereinigt. Das dritte Kapitel behandelt sodann komplett randomisierte Strukturen. Ziel ist es, einVerfahren darzulegen, welches randomisierte Texturen mit günstigen Eigenschaften für das Photonmanagementvergleichsweise einfach erzeugt. Die Idee ist, mit Kugeln unterschiedlicher Größe, wobei Letztere einer bestimmten Verteilung folgen soll, ein flaches Substrat zu bedecken. Wenn daraus mit Hilfe einer geeigneten Methode eine zusammenhängende Oberfläche entsteht, so besitzt diese Oberfläche eine von der Größenverteilung der Kugeln abhängige Morphologie. Das Absorptionsvermögen einer darauf basierenden Solarzelle kann schließlich in Beziehung zur Größenverteilung gesetzt werden. Im letzten Kapitel werden Ansätze der Transformationsoptik in die Photovoltaik integriert, mit dem Ziel die Reflexionsverluste an den Leiterbahnen auf der sonnenzugewandten Seite zu reduzieren. Durch eine gezielt gestaltete Brechungsindexverteilung um die Leiterbahnen lässt sich diesbewerkstelligen.

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Wiesendanger, Samuel: Photonmanagement in Dünnfilmsolarzellen. 2015.

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