Der mit den CO\u00e2\u201a\u201a-Emissionen fortschreitende Klimawandel erfordert eine nachhaltige Transformation des Energiesektors. Als drittgr\u00c3\u00b6\u00c3\u0178te erneuerbare Energiequelle in Deutschland spielt die Photovoltaik dabei eine Schl\u00c3\u00bcsselrolle. Mehrfachsolarzellen \u00e2\u20ac\u201c gestapelte Solarzellen, die unterschiedliche Spektralbereiche des Sonnenlichts absorbieren \u00e2\u20ac\u201c erm\u00c3\u00b6glichen es hierbei die Effizienz der Energieumwandlung deutlich \u00c3\u00bcber die klassischer Siliziumzellen hinaus zu steigern. Dies f\u00c3\u00b6rdert einen schnelleren Ausbau der Photovoltaikleistung.<\/p>\n
In Mehrfachsolarzellen werden Materialien wie III-V-Halbleiter, Perowskite oder Silizium kombiniert, um verschiedene Wellenl\u00c3\u00a4ngenbereiche optimal zu nutzen. Um dem Ziel der Ressourceneffizienz gerecht zu werden, ist es essenziell, die Dicke der Absorberschichten zu reduzieren. Dies reduziert jedoch direkt die Lichtausbeute. Um das zu kompensieren, sind gezielte Lichteinfangstrategien erforderlich, die das Licht effizient streuen und den optischen Pfad innerhalb der Zelle verl\u00c3\u00a4ngern. Bei Mehrfachsolarzellen muss dieser Lichtweg wellenl\u00c3\u00a4ngenspezifisch in der passenden Teilzelle erh\u00c3\u00b6ht werden- man spricht von spektral selektiven Lichtlenkungsstrategien. Zur Umsetzung kommen photonische Strukturen wie Metaoberfl\u00c3\u00a4chen zum Einsatz. Diese werden gezielt zwischen den Subzellen sowie auf der Vorder- und R\u00c3\u00bcckseite platziert, um das Licht kontrolliert zu streuen und den jeweiligen Teilzellen zuzuf\u00c3\u00bchren. Eine pr\u00c3\u00a4zise spektrale Aufteilung ist hierbei entscheidend, da die Teilzellen elektrisch in Serie geschaltet sind \u00e2\u20ac\u201c die Zelle mit dem geringsten Strom bestimmt den Gesamtstrom. Eine ungenaue spektrale Trennung kann die Effizienz der Gesamtzelle erheblich beeintr\u00c3\u00a4chtigen. Robuste, spektral selektive Lichtlenkung wird damit zur Schl\u00c3\u00bcsseltechnologie f\u00c3\u00bcr ultrad\u00c3\u00bcnner Mehrfachsolarzellen unter realen Einsatzbedingungen.<\/p>\n
Im Fokus dieses Promotionsvorhabens steht daher die theoretische Untersuchung des Lichteinfangs in ultrad\u00c3\u00bcnnen Mehrfachsolarzellen unter realistischen Bedingungen \u00e2\u20ac\u201c also bei variierenden Einfallswinkeln, \u00c3\u201enderungen im Sonnenspektrum und unterschiedlichen Betriebstemperaturen.<\/p>\n
Ziel ist es, eine thermodynamische Grenze f\u00c3\u00bcr den Lichteinfang und damit f\u00c3\u00bcr die minimale SubzellenDicke unter Beachtung dieser praxisnahen Bedingungen zu definieren. Zudem sollen Metaoberfl\u00c3\u00a4chen identifiziert werden, die es erm\u00c3\u00b6glichen, diese Grenze zu erreichen. Daf\u00c3\u00bcr wird eine ultrad\u00c3\u00bcnne Tandemsolarzelle bestehend aus GaInP und GaAs mit verschiedenen photonischen Lichteinfangkonzepten wellenoptisch simuliert.\u00c2\u00a0<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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Faculty of Engineering
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