Der mit den CO\u2082-Emissionen fortschreitende Klimawandel erfordert eine nachhaltige Transformation des Energiesektors. Als drittgr\u00f6\u00dfte erneuerbare Energiequelle in Deutschland spielt die Photovoltaik dabei eine Schl\u00fcsselrolle. Mehrfachsolarzellen \u2013 gestapelte Solarzellen, die unterschiedliche Spektralbereiche des Sonnenlichts absorbieren \u2013 erm\u00f6glichen es hierbei die Effizienz der Energieumwandlung deutlich \u00fcber die klassischer Siliziumzellen hinaus zu steigern. Dies f\u00f6rdert einen schnelleren Ausbau der Photovoltaikleistung.<\/p>\n
In Mehrfachsolarzellen werden Materialien wie III-V-Halbleiter, Perowskite oder Silizium kombiniert, um verschiedene Wellenl\u00e4ngenbereiche 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\u00e4ngern. Bei Mehrfachsolarzellen muss dieser Lichtweg wellenl\u00e4ngenspezifisch in der passenden Teilzelle erh\u00f6ht werden- man spricht von spektral selektiven Lichtlenkungsstrategien. Zur Umsetzung kommen photonische Strukturen wie Metaoberfl\u00e4chen zum Einsatz. Diese werden gezielt zwischen den Subzellen sowie auf der Vorder- und R\u00fcckseite platziert, um das Licht kontrolliert zu streuen und den jeweiligen Teilzellen zuzuf\u00fchren. Eine pr\u00e4zise spektrale Aufteilung ist hierbei entscheidend, da die Teilzellen elektrisch in Serie geschaltet sind \u2013 die Zelle mit dem geringsten Strom bestimmt den Gesamtstrom. Eine ungenaue spektrale Trennung kann die Effizienz der Gesamtzelle erheblich beeintr\u00e4chtigen. Robuste, spektral selektive Lichtlenkung wird damit zur Schl\u00fcsseltechnologie f\u00fcr ultrad\u00fcnner Mehrfachsolarzellen unter realen Einsatzbedingungen.<\/p>\n
Im Fokus dieses Promotionsvorhabens steht daher die theoretische Untersuchung des Lichteinfangs in ultrad\u00fcnnen Mehrfachsolarzellen unter realistischen Bedingungen \u2013 also bei variierenden Einfallswinkeln, \u00c4nderungen im Sonnenspektrum und unterschiedlichen Betriebstemperaturen.<\/p>\n
Ziel ist es, eine thermodynamische Grenze f\u00fcr den Lichteinfang und damit f\u00fcr die minimale SubzellenDicke unter Beachtung dieser praxisnahen Bedingungen zu definieren. Zudem sollen Metaoberfl\u00e4chen identifiziert werden, die es erm\u00f6glichen, diese Grenze zu erreichen. Daf\u00fcr wird eine ultrad\u00fcnne Tandemsolarzelle bestehend aus GaInP und GaAs mit verschiedenen photonischen Lichteinfangkonzepten wellenoptisch simuliert.\u00a0<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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Faculty of Engineering
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