Selection of paste and glue elements for CPV modules

Tese de mestrado em Engenharia da Energia e do Ambiente, apresentada à Universidade de Lisboa, através da Faculdade de Ciências, 2010This thesis reports on the progress of the development of encapsulation methods and materials to use in the HSUN PV receiver. The HSUN is a concentration photovoltaic (CPV) system concept under development by WS Energia. After a thorough description of the encapsulation state of the art, two main approaches were tested: Ethylene Vinyl Acetate (EVA) laminates and Silicone stacks. Experimental results were unsatisfactory regarding the EVA laminates. The curing process was not fully optimized which lead to (i) the appearance of yellowness after exposing the laminate to concentrated irradiation for a few days; and (ii) the increase of the series resistance of the solar cell during the curing process, probably associated to stretching of the soldered contacts. Numerical thermal modelling of the EVA laminate has also shown the need to introduce active cooling of the PV receiver in order to prevent thermal damage to the cell. The silicone stacks tests were satisfactory regarding the optical, mechanical and electrical properties of the PV receiver. Even after a few days of concentrated irradiation there was no evidence of the development of yellowness or moisture. Thermal modelling showed that further optimization of the HSUN receiver concept is required but suggest that passive cooling approaches are probably sufficient to warrant safe thermal conditions for the solar cell even under concentrated irradiation.O desenvolvimento da presente tese é baseado na pesquisa de materiais e desenvolvimento de métodos de encapsulamento. Tem como principal objectivo, uma aplicação no projecto HSUN, que visa o desenvolvimento de um módulo fotovoltaico de concentração (CPV) na WS Energia. Após uma descrição pormenorizada do estado de arte do encapsulamento, foram testadas duas abordagens: Laminação de amostras com Acetato de Etileno Vinil (EVA) e Silicone. Os resultados experimentais podem ser considerados satisfatórios atendendo à qualidade dos laminados de EVA. O processo de cura não estava completamente optimizado o que poderá ter conduzido a (i) aparecimento de amarelamento após exposição das amostras à luz concentrada durante alguns dias; e (ii) o aumento das resistências de série da célula durante o processo de cura. Este facto poderá ser associado ao alongamento dos contactos soldados. A modelação do modelo térmico para o laminado de EVA também demonstrou a necessidade de introdução de um arrefecimento activo no módulo PV de modo a evitar que a temperatura provoque danos nas células. As amostras de silicone revelaram resultados satisfatórios em relação às propriedades ópticas, mecânicas e eléctricas do módulo PV. Após exposição da amostra à concentração solar durante alguns dias, não foi evidenciando o aparecimento de amarelamento ou humidade. O modelo térmico revelou que é necessária uma optimização do conceito HSUN. As aproximações efectuadas sugerem que um modelo de arrefecimento passivo será suficiente para garantir as condições óptimas para a célula quando submetida à irradiação concentrada

Decision-Making for Utility Scale Photovoltaic Systems: Probabilistic Risk Assessment Models for Corrosion of Structural Elements and a Material Selection Approach for Polymeric Components

abstract: The solar energy sector has been growing rapidly over the past decade. Growth in renewable electricity generation using photovoltaic (PV) systems is accompanied by an increased awareness of the fault conditions developing during the operational lifetime of these systems. While the annual energy losses caused by faults in PV systems could reach up to 18.9% of their total capacity, emerging technologies and models are driving for greater efficiency to assure the reliability of a product under its actual application. The objectives of this dissertation consist of (1) reviewing the state of the art and practice of prognostics and health management for the Direct Current (DC) side of photovoltaic systems; (2) assessing the corrosion of the driven posts supporting PV structures in utility scale plants; and (3) assessing the probabilistic risk associated with the failure of polymeric materials that are used in tracker and fixed tilt systems. As photovoltaic systems age under relatively harsh and changing environmental conditions, several potential fault conditions can develop during the operational lifetime including corrosion of supporting structures and failures of polymeric materials. The ability to accurately predict the remaining useful life of photovoltaic systems is critical for plants ‘continuous operation. This research contributes to the body of knowledge of PV systems reliability by: (1) developing a meta-model of the expected service life of mounting structures; (2) creating decision frameworks and tools to support practitioners in mitigating risks; (3) and supporting material selection for fielded and future photovoltaic systems. The newly developed frameworks were validated by a global solar company.Dissertation/ThesisDoctoral Dissertation Civil and Environmental Engineering 201

Oriented fluorophore luminescent solar concentrators

Though the sun\u27s energy is the world\u27s most prominent renewable energy resource, technologies such as photovoltaics (PVs) have yet to become a significant factor in the energy market due in part to the sheer cost of unit deployment. Luminescent Solar Concentrators (LSCs) have been investigated since the late 1960s as a means of reducing the cost of PV arrays by replacing large areas of expensive PVs with cheaper materials such as glass or plastic. LSCs function by using fluorescent dyes embedded in a host matrix that absorb the sun\u27s rays and redirects the light through total internal reflection to small strips of PVs where it is converted into electrical current. This thesis describes a method by which LSC efficiencies can be improved through the use of modern materials and oriented fluorophores; allowing the direction in which the light is emitted by the dyes to controlled, reducing the primary mechanisms for light loss prevalent in other LSC designs. Projections of this technology suggest that further development of oriented fluorophores LSCs holds the potential of drastically reducing the world\u27s dependence on carbon based energy

Electricity from photovoltaic solar cells: Flat-Plate Solar Array Project final report. Volume VII: Module encapsulation

The Flat-Plate Solar Array (FSA) Project, funded by the U.S. Government and managed by the Jet Propulsion Laboratory, was formed in 1975 to develop the module/array technology needed to attain widespread terrestrial use of photovoltaics by 1985. To accomplish this, the FSA Project established and managed an Industry, University, and Federal Government Team to perform the needed research and development. The objective of the Encapsulation Task was to develop, demonstrate, and qualify photovoltaic (PV) module encapsulation systems that would provide 20-year (later increased to 30-year) life expectancies in terrestrial environments, and which would be compatible with the cost and performance goals of the FSA Project. The scope of the Encapsulation Task included the identification, development, and evaluation of material systems and configurations required to support and protect the optically and electrically active solar cell circuit components in the PV module operating environment. Encapsulation material technologies summarized in this report include the development of low-cost ultraviolet protection techniques, stable low-cost pottants, soiling resistant coatings, electrical isolation criteria, processes for optimum interface bonding, and analytical and experimental tools for evaluating the long-term durability and structural adequacy of encapsulated modules. Field testing, accelerated stress testing, and design studies have demonstrated that encapsulation materials, processes, and configurations are available that will meet the FSA cost and performance goals. Thirty-year module life expectancies are anticipated based on accelerated stress testing results and on extrapolation of real-time field exposures in excess of 9 years

Applications of Aerosol Technologies in the Silicon Industry

In this dissertation, the focus was on two unit operations that have the potential to significantly lower the cost and energy required for refining silicon. First, the removal of carbon from silicon kerf (sawing dust from wafering) was examined to enable its recycling. Second, silane pyrolysis was studied to better understand the dynamics of the initial stages of silicon aerosol formation and growth

INTER-ENG 2020

These proceedings contain research papers that were accepted for presentation at the 14th International Conference Inter-Eng 2020 ,Interdisciplinarity in Engineering, which was held on 8–9 October 2020, in Târgu Mureș, Romania. It is a leading international professional and scientific forum for engineers and scientists to present research works, contributions, and recent developments, as well as current practices in engineering, which is falling into a tradition of important scientific events occurring at Faculty of Engineering and Information Technology in the George Emil Palade University of Medicine, Pharmacy Science, and Technology of Târgu Mures, Romania. The Inter-Eng conference started from the observation that in the 21st century, the era of high technology, without new approaches in research, we cannot speak of a harmonious society. The theme of the conference, proposing a new approach related to Industry 4.0, was the development of a new generation of smart factories based on the manufacturing and assembly process digitalization, related to advanced manufacturing technology, lean manufacturing, sustainable manufacturing, additive manufacturing, and manufacturing tools and equipment. The conference slogan was “Europe’s future is digital: a broad vision of the Industry 4.0 concept beyond direct manufacturing in the company”

Bioreplicated Light-Harvesting Layers for Photovoltaics

Die hierarchischen Mikro-/Nanostrukturen, welche die Blütenblattoberflächen einer Vielzahl von Blütenpflanzen zieren, weisen oftmals hervorragende Lichtsammlungs- sowie Selbstreinigungseigenschaften auf. Diese Qualitäten können mit Hilfe von direkten Replikationsverfahren technisch nutzbar gemacht werden, beispielsweise für die photovoltaische Stromerzeugung. Replikationsverfahren zielen darauf ab die multi-skalige Oberflächenstruktur von Blütenblättern in ein transparentes Polymer zu übertragen und auf der Vorderseite von Solarmodulen aufzubringen. Im Laufe der letzten Jahren haben sich hauptsächlich Polymerabgüsse und die sog. Soft-Imprint Nanolithographie als gängige Verfahren zur direkten Kopie von (sowohl künstlich hergestellten, als auch) natürlichen Mikro-, Nano-, und multi-skaligen Strukturen in adäquate technische Materialien, wie z.B. Polymere zur Ausnutzung ihrer hochoptimierten optischen und/oder Benetzungseigenschaften für optoelektronische Bauteile, etabliert. Eine großflächige Anwendung dieser Verfahren wurde jedoch bislang aufgrund der naturgegebenen Maximalgröße von Blütenblättern nicht etabliert. Des Weiteren kann auf Basis eines einzigen Polymerstempel nur eine limitierte Anzahl an Replikaten mit hoher Strukturqualität mittels Soft-Imprint hergestellt werden. Ein Teil dieser Arbeit befasst sich mit der Überwindung dieser Hürden durch Weiterentwicklung der Replikationstechniken für pflanzliche Oberflächenstrukturen. Eine solche, in der Fläche hochskalierte Bioreplikationsmethode mit gleichzeitig erheblich gesteigertem Durchsatz wird in dieser Arbeit am Beispiel der hierarchischen Oberflächenstruktur von Rosenblütenblättern als natürliche Strukturvorlage aufgezeigt. Das vorgestellte Verfahren basiert auf der Entwicklung metallischer Prägewerkzeuge, welche in einem statischen Heißprägeprozess eingesetzt werden. Diese Entwicklung ermöglicht die Herstellung von Replikaten pflanzlicher Oberflächenstrukturen mit hoher Strukturqualität, in nie dagewesener Stückzahl, und erstmals auch in einer für eine Integration in kommerzielle Solarmodule relevanten Größe. Die hochskalierten, temperaturstabilen und mechanisch robusten Prägewerkzeuge werden dabei per galvanischer Nickelabscheidung hergestellt. Die primäre Strukturvorlage für diesen Prozess wird dabei durch vorsichtige Aneinanderreihung mehrerer natürlicher Rosenblütenblätter zu einer möglichst lücken- und nahtlos strukturierten Einheit erzeugt. Der Heißprägeprozess zur Herstellung hochskalierter Polymerreplikate der Rosenblütenblattstruktur wird anhand von drei verschiedenen, transparenten Folienmaterialien diskutiert. Sowohl für Polymethylmethacrylat (PMMA), Polycarbonat (PC), und Fluorethylen-Propylen (FEP) wird mit Hilfe des entwickelten Replikationsverfahrens eine hervorragende Strukturtreue über mehrere Längenskalen hinweg, vom sub-Mikrometer Bereich bis hin zu makroskopischen Merkmalen, mit gleichzeitig nahezu durchgängiger Strukturierung bei einer gesamten Strukturfläche von bis zu 12.5 cm×10.0 cm pro Replikat erzielt. Als vorderseitige Beschichtung für Kupfer-Indium-Gallium-Diselenid (CIGS) Solarzellen erweisen sich heißgeprägten Rosenreplikate als effektive Antireflex- und Light-Trapping-Maßnahme für einen breiten Spektralbereich und besonders für Lichteinfallswinkel >50°. Mit heißgeprägten Rosenreplikaten aus PMMA lässt sich sogar bei senkrechtem Lichteinfall eine gegenüber einer optimierten Magnesiumfluorid (MgF2) Antireflexbeschichtung verbesserte Antireflexwirkung feststellen. Optoelektronische Messungen bestätigen, dass sich diese Reflexionsverminderung auch entsprechend auf die Nennleistung der Solarzellen auswirkt, mit einer um im Mittel um 5.7%±0.6% gesteigerten Umwandlungseffizienz (verglichen mit den jeweiligen Solarzellen vor Aufbringung der Antireflexschichten) im Falle von PMMA Rosenreplikaten und 4.5%±1.6% für MgF2 Dünnschicht-Antireflexbeschichtungen. Weiter wird gezeigt, dass heißgeprägte Rosenreplikate auch mit wasserabweisenden Eigenschaften (mit einem statischer Kontaktwinkel von 134.4°±4.3°) erzeugt werden können, sogar ohne dabei auf zusätzliche Schritte zur Oberflächenmodifikation zurückgreifen zu müssen. Dazu wird als Ausgangsmaterial für den Heißprägeprozess ein Polymermaterial mit geringer freier Oberflächenenergie benötigt, was beispielsweise bei FEP gegeben ist. Wassertropfen, die auf geneigte FEP Rosenreplikate fallen, perlen von diesen sofort und restlos ab, was auf eine potentielle Eignung von FEP Rosenreplikaten zur Produktion selbstreinigender Solarmodule hindeutet. Der Leistungszuwachs, der durch die Anwendung der hochskalierten PMMA Rosenreplikate bewirkt wird, wird des Weiteren auch unter realistischen Betriebsbedingungen über neun Monaten Betrieb unter Außenbedingungen in Karlsruhe (Deutschland) untersucht, und zwar für 10 cm×10 cm CIGS und siliziumbasierte Solarmodule unter verschiedenen Modulneigungswinkeln und Modulorientierungen. Besonders hohe Steigerungen der täglichen Energieausbeute verglichen mit einem Referenzmodul ohne strukturierte Polymerfolie von bis zu deutlich über 10% werden dabei vor allem unter Aufstellbedingungen gemessen, die mit viel direkter Sonneneinstrahlung unter schrägem Lichteinfall einhergehen. Mit Hilfe beschleunigter Alterungs- und Abnutzungstests, welche standardisierten Testprotokollen aus der PV Industrie nachempfunden sind, wird außerdem auf die potentielle Langzeiteignung solch strukturierter Folien auf Solarmoduloberflächen hingewiesen. Außerdem werden die optischen Eigenschaften typischer Blütenblattstrukturen auf Solarzellen mit Hilfe einer speziell entwickelten 3D Mikrostruktur-Modellierungs- und Simulationsroutine, basierend auf Monte-Carlo-Raytracing und der Transfer-Matrix-Methode, hinsichtlich des Einflusses ungeordneter Strukturbausteine auf die Lichteinkopplungseigenschaften im Detail diskutiert. Durch Variation der Stärke der strukturellen Unordnung sowohl in der Höhe, der Anordnung, als auch der Neigung der Strukturbausteine der betrachteten, Blütenblattepidermis-inspirierten Mikrostrukturen lässt sich zeigen, dass ihre winkelabhängigen Reflexionseigenschaften nur schwach von Unordnung abhängen und in erster Linie vom mittleren Aspektverhältnis und der mittleren Packungsdichte der Strukturbausteine bestimmt werden. Schließlich werden die Polarisationseigenschaften von an Solarmodulen reflektiertem Licht hinsichtlich der möglichen schädlichen Auswirkungen auf polarotaktische Insektenarten diskutiert. Die vorderseitige Glasabdeckung herkömmlicher Solarmodule reflektiert aufgrund ihrer glatten Oberfläche linear polarisiertes Licht, wobei der Polarisationsgrad vom Einfallswinkel/ Betrachtungswinkel abhängt (vollständige lineare Polarisation bei Betrachtung unter dem Brewster-Winkel). Unbeabsichtigt wird dadurch der Insektenfauna geschadet, da polarotaktische Insekten Solarmodule als solche nicht erkennen und diese fälschlicherweise oft als Gewässer identifizieren, was dann beispielsweise eine Eierablage an einem ungeeigneten Ort und damit den Verlust der Nachkommen zur Folge haben kann. Experimente im Freifeld zeigen jedoch erstmals, dass keinerlei derartige schädliche Anziehungswirkung auf polarotaktische Eintagsfliegen (Ephemeroptera: Ephemera danica) und Bremsen (Diptera: Tabanidae) im Falle von PMMA Rosenreplikaten auf Solarmodulen zu befürchten ist. Basierend auf bildgebender Polarimetrie und Monte-Carlo-Raytracing-Simulationen werden diese Resultate auf die optischen Eigenschaften mikrostrukturierter Oberflächen zurückgeführt

A survey of differential flatness-based control applied to renewable energy sources

Conference ProceedingsThis paper presents an overview of various methods used to minimize the fluctuating impacts of power generated from renewable energy sources. Several sources are considered in the study (biomass, wind, solar, hydro and geothermal). Different control methods applied to their control are cited, alongside some previous applications. Hence, it further elaborates on the adoptive control principles, of which includes; Load ballast control, dummy load control, proportional integral and derivative (PID) control, proportional integral (PI) control, pulse-width modulation (PWM) control, buck converter control, boost converter control, pitch angle control, valve control, the rate of river flow at turbine, bidirectional diffuser-augmented control and differential flatnessbased controller. These control operations in renewable energy power generation are mainly based on a steady-state linear control approach. However, the flatness based control principle has the ability to resolve the complex control problem of renewable energy systems while exploiting their linear properties. Using their flatness properties, feedback control is easily achieved which allows for optimal/steady output of the system components. This review paper highlights the benefits that range from better control techniques for renewable energy systems to established robust grid (or standalone generations) connections that can bring immense benefits to their operation and maintenance costs

Direct Laser Written Nano- & Micro-Optical Textures for Photovoltaics Applications

Im Gegensatz zu anderen Technologien, welche der Gewinnung von elektrischer Energie dienen, basierte die Photovoltaik nicht auf einer langen Umwandlungskette. Anstatt einen Kraftstoff zu verbrennen, die Abwärme dieses Prozesses zur Wassererwärmung zu nutzen um schließlich mit Wasserdampf eine Turbine zu betreiben, welche einen elektrischen Generator antreibt, gelingt in der Photovoltaik die Umwandlung von Lichtenergie in elektrische Energie direkt. Dieser Vorgang ermöglicht eine Dezentralisierung der elektrischen Energiegewinnung. Des Weiteren besitzt die Photovoltaik mit der Sonne eine erneuerbare Energiequelle, welche auf menschlichen Zeitskalen nicht erlischt. Zusätzlich entstehen im Betrieb keine Treibhausgase, welche den Klimawandel weiter anheizen. Trotz der vielen Vorteile der Photovoltaik loht sich die Produktion von Solarzellen, als Herzstücke der elektrischen Energiegewinnung in der Photovoltaik, erst dann im großen Stil, wenn der Preis pro erzeugte kWh elektrische Energie mit dem anderer herkömmlicher Energieträger mithalten kann. Insbesondere der Wirkungsgrad einer Solarzelle hat signifikanten Einfluss auf die Kosten für die elektrische Energie. Der Wirkungsgrad hängt zum einen ab von der Effizienz, mit der einfallendes Licht in freie Ladungsträger umgewandelt werden kann, und zum anderen davon, mit welcher Effizienz die Ladungsträger extrahiert werden können. Diese Dissertation beschäftigt sich mit Oberflächenstrukturen, welche eine gesteigerte Nutzung des einfallenden Lichtes ermöglichen. Der Vorteil von Oberflächenstrukturen, welche Grenzflächenreflektion senken und den Lichtpfad beeinflussen, ist in der Photovoltaik altbekannt. In modernen, kommerziell erhältlichen kristallinen Siliziumsolarzellen wird auf die Halbleiteroberfläche eine Struktur aufgetragen, welche zu einer deutlichen Wirkungsgradsteigerung führt. Strukturen für andere Grenzflächen und Solarzell-Technologien werden hingegen weiterhin erforscht. Insbesondere für die sogenannten Dünnschicht-Technologien gibt es derzeit keine Standardstrukturen, wobei gerade hier eine effizientere Nutzung des einfallenden Lichtes große Vorteile hätte. Die kommerziellen Dünnschicht-Technologien (basierend auf den Halbleitern amorphem Silizium, Kupfer-Indium-(Gallium)-Diselenid /-Disulfid (CIGS) und Cadmium Telluride (CdTe)) haben in den letzten Jahren Marktanteile gegenüber den etablieren kristallinen Silizium-Technologien verloren. Dieser Trend basiert auf den, trotz eines höheren Materialaufwandes, paradoxerweise geringen Kosten für kristallines Silizium. In der Forschung hingegen haben die Dünnschicht-Technologien mit neuen Materialien, wie Perowskiten und Nanokristallen, sowie neuen Anwendungsgebieten, wie der gebäudeintegrierten Photovoltaik, erneut Aufwind erfahren. Es existiert eine große Anzahl an guten Ideen, um Dünnschicht-Solarzellen zu strukturieren. Insbesondere auf der Basis numerischer Modellrechnungen konnte das enorme Potential der verschiedenen Strukturierungsansätze aufgewiesen werden. Auch an im Labor hergestellten Strukturen konnte eine deutliche Steigerung der Absorption von einfallendem Licht nachgewiesen werden, jedoch litt in vielen Fällen (insbesondre bei der Verwendung von Ätzverfahren) die Effizienz mit der Ladungsträger extrahiert werden und somit der Wirkungsgrad der Solarzelle. Außerdem konnten, auf Grund von Grenzen bei den Herstellungsverfahren, bisher nicht alle Strukturierungsansätze umgesetzt werden. Diese Dissertation widmet sich einem vergleichsweise neuen Verfahren zur Herstellung von 3D-Freiform-Strukturen, mit der Idee die Herstellung neuartiger Nano- und Mikrostrukturen für die Photovoltaik zu ermöglichen. Des Weiteren werden Verfahren verwendet, welche keinen (oder nur einen geringen) Einfluss auf die Extrahierung der Ladungsträger haben. Mit dem zum Einsatz kommenden Strukturierungsverfahren „Direktes Laserschreiben“ (eng. direct laser writing (DLW)) lassen sich in einem Polymer (mit Hilfe eines Submikrometer großen Grundbausteins) Nano- und Mikrostrukturen, auf einer Fläche von mehreren Quadratmillimetern, verwirklichen. Das Verfahren benötigt keine lange Vorbereitung und kommt ohne eine Maske aus. Es ist somit gut geeignet um Prototypen zur optischen Charakterisierung zu entwickeln. Es wurde untersucht, inwiefern DLW verwendet werden kann, um optisch kleine und optisch große Strukturen für die Photovoltaik zu erforschen. Optisch kleine Strukturen, mit Größenordnungen im Bereich der Wellenlänge des Lichtes, beugen einfallendes Licht und können es so in Bauelemente der Dünnschicht-Photovoltaik einkoppeln. Eingekoppeltes Licht verweilt lange in der Solarzelle und wird somit stärker absorbiert. Für die Photovoltaik interessante Wellenlängen sind typischerweise im Bereich 300 nm bis 1200 nm vorzufinden. Dieser Bereich befindet sich an der Auflösungsgrenze des DLW-Systems. Ein wichtiger Teil dieser Studie war somit die Bestimmung geeigneter Parameter für die Herstellung der Strukturen. Um den Ladungsträgertransport nicht zu beeinflussen, wurde ein neuartiges Verfahren untersucht, bei dem das lichtabsorbierende Haltleitermaterial nachträglich in die Struktur eingefügt wurde. Dieses Verfahren beruht auf der Möglichkeit die zuvor erwähnten neuen Dünnschichtmaterialen flüssig zu prozessieren. In einer ersten Demonstration wurde eine mit DLW hergestellte Polymerstruktur mit CuInSe2 (CIS) Nanokristallen infiltriert. Die CIS Nanokristalle lagen zunächst in Lösung vor. Nach dem Auftragen verdampfte das Lösungsmittel und hinterließ eine kompakte CIS Schicht welche die Polymerstruktur umschloss. Ein wichtiger Teil der Studie war das Bestimmen der optischen Materialeigenschaften. Im Rahmen dieser Materialuntersuchung wurde für das DLW belichtete Polymermaterial IP-Dip ein Brechungsindex von etwa 1.53 bestimmt. Es wurde außerdem festgestellt, dass IP-Dip einen höheren Brechungsindex von etwa 1.54 besitzt, wenn es mit ultraviolettem (UV) Licht belichtet wurde. Für die CIS Nanokristalle wurde ein Brechungsindex von etwa 2.0 bestimmt. Mittels dieser Parameter war es möglich die Lichteinkopplung in eine erste Teststruktur im Detail numerisch zu untersuchen. Es wurde eine sehr hohe Übereinstimmung zwischen numerischen und experimentellen Ergebnisses gefunden. In einer fertiggestellten Solarzelle, konnte außerdem nachgewiesen werden, dass die Strukturen sich nicht schädlich auf die Ladungsträger-Extraktion auswirken. Bedauerlicherweise konnte, bedingt durch den sich als sehr gering herausgestellten Brechungsindexunterschied zwischen IP-Dip und den CIS Nanokristallen, nur eine sehr geringe Erhöhung der Absorption einfallenden Lichtes (auf Basis der angestrebten Lichteinkopplung) nachgewiesen werden. Andererseits kam es zu einem unerwarteten Kapillareffekt, auf Grund dessen sich die Schichtdicke der CIS Nanokristalle im Bereich der Strukturierung erhöhte. Optisch große Strukturen, die sich in der Größenordnung eines Vielfachen der Wellenlänge bewegen, können die Reflektion an einer Grenzschicht von einem niedrigen Brechungsindex zu einem höheren Brechungsindex (in die Solarzelle hinein) deutlich reduzieren und in die andere Richtung (aus der Solarzelle heraus) deutlich erhöhen und so Licht gefangen halten. Dies ist das Grundprinzip der oben erwähnten Mikrostrukturen auf modernen kristallinen Siliziumsolarzellen. Um die Vorteile dieses Prinzips für die Dünnschicht-Photovoltaik zu nutzen, können Strukturen an der obersten Schicht eines Solarmoduls (Glas) angebracht werden. Der Halbleiter wird so nicht beschädigt und der Ladungsträgertransport nicht beeinflusst. In der im Folgenden beschriebenen Studie wurde DLW als Verfahren zum Erstellen von Freiform-Prototypen voll ausgenutzt, indem Strukturen zunächst mittels DLW erstellt wurden und dann mit Hilfe von Nanoprägelithografie auf verschiedene Substrate transferiert wurden. In vorangegangenen numerischen Studien hatte sich das Aspektverhältnis von Mikrostrukturen als Schlüsselparameter für Anwendungen in der Photovoltaik herauskristallisiert. Mittels DLW konnte ein experimenteller Beweis geliefert werden und eine für die Anwendung optimierte Struktur hergestellt werden. In einer systematischen Studie wurde der Einfluss des Aspektverhältnisses von kegelförmigen Mikrostrukturen auf die Reflektivität der Grenzschicht und das Potential Licht in der Solarzelle einzuschließen, numerisch und experimentell untersucht. Mittels optischer Untersuchungen auf unterschiedlichen Substraten, konnte zunächst eine hohe Übereinstimmung zwischen numerischen und experimentellen Ergebnissen gezeigt werden. So war es möglich eine Struktur mit einem für senkrecht einfallendes Licht optimierten Aspektverhältnis von 0.73 herzustellen. Außerdem konnte eine signifikante Wirkungsgradsteigerung verschiedener Solarzellen durch die Mikrostruktur gezeigt werden. Mit Hilfe von kristallinen Siliziumsolarzellen, wurde die Relevanz der Mikrostrukturen für eine etablierte Technologie gezeigt. Die Mikrostrukturen wurden als zusätzliche Schicht auf einer Siliziumsolarzelle mit bereits strukturierter Halbleiterschicht aufgetragen. Mittels Messungen der externen Quanteneffizienz wurde eine relative Erhöhung der Kurzschlussstromdichte um 5.4% (im Vergleich zu einer Zusatzschicht ohne Strukturierung) bei senkrechtem Lichteinfall nachgewiesen. Die etabliere Technologie der Antireflektionsbeschichtung kommt in einem ähnlichen Vergleich auf eine relative Erhöhung von nur 3%. Bei schrägem Lichteinfall entfalten die Mikrostrukturen ihr volles Potential. In einer Berechnung der Energieausbeute unter realen Bedingungen, kamen die Mikrostrukturen auf eine relative Erhöhung von bis zu 9%, wohingegen 4% für die etablierte Antireflektionsbeschichtung bestimmt worden waren. Zu guter Letzt wurden CIGS Solarzellen verwendet, um das Potential der Mikrostrukturen auf Dünnschicht-Solarzellen mit hohem Wirkungsgrad zu zeigen. Unter Standardbedingungen wurde eine Erhöhung des Wirkungsgrades von 20.2% auf 20.9% nachgewiesen. Des Weiteren ergab der Vergleich mit einer konventionellen MgF2 Beschichtung eine deutlich stärker reduzierte Reflektion unter senkrechtem Einfall und eine deutlich höhere Kurzschlussstromdichte für große Einfallswinkel