Numerical Simulation of Solar Cells and Solar Cell Characterization Methods: the Open-Source on Demand Program AFORS-HET

Within this chapter, the principles of numerical solar cell simulation are described, usingAFORS HET automat for simulation of heterostructures . AFORS HET is a onedimensional numerical computer program for modelling multi layer homo orheterojunction solar cells as well as some common solar cell characterization methods.Solar cell simulation subdivides into two parts optical and electrical simulation. By opticalsimulation the local generation rate G x, t within the solar cell is calculated, that is thenumber of excess carriers electrons and holes that are created per second and per unitvolume at the time t at the position x within the solar cell due to light absorption.Depending on the optical model chosen for the simulation, effects like external or internalreflections, coherent superposition of the propagating light or light scattering at internalsurfaces can be considered. By electrical simulation the local electron and hole particledensities n x, t , p x, t and the local electric potential amp; 981; x, t within the solar cell arecalculated, while the solar cell is operated under a specified condition for example operatedunder open circuit conditions or at a specified external cell voltage . From that, all otherinternal cell quantities, such like band diagrams, local recombination rates, local cellcurrents and local phase shifts can be calculated. In order to perform an electricalsimulation, 1 the local generation rate G x, t has to be specified, that is, an opticalsimulation has to be done, 2 the local recombination rate R x, t has to be explicitly statedin terms of the unknown variables n, p, amp; 981; , R x, t f n, p, amp; 981; . This is a recombination modelhas to be chosen. Depending on the recombination model chosen for the simulation, effectslike direct band to band recombination radiative recombination , indirect band to bandrecombination Auger recombination or recombination via defects Shockley Read Hallrecombination, dangling bond recombination can be considere

Hierarchical Bayesian Modeling of Manipulation Sequences from Bimodal Input

Barchunova A, Moringen J, Haschke R, Ritter H. Hierarchical Bayesian Modeling of Manipulation Sequences from Bimodal Input. Presented at the Proceedings of the 11th International Conference on Cognitive Modeling, Berlin

Bio-Inspired Motion Strategies for a Bimanual Manipulation Task

Steffen JF, Elbrechter C, Haschke R, Ritter H. Bio-Inspired Motion Strategies for a Bimanual Manipulation Task. In: International Conference on Humanoid Robots (Humanoids). 2010

SOM-based experience representation for Dextrous Grasping

We present an approach to dextrous robot grasping which combines a purely tactile-driven algorithm with an implicit representation of grasp experience to yield an algorithm which can handle arbitrary, partially unknown grasp situations. During the grasp movement, the obtained contact information is used to dynamically adapt the grasping control by targeting the best matching posture from the experience base. Thus, the robot recalls and actuates a grasp it already successfully performed in a similar tactile context. To efficiently represent the experience, we introduce the Grasp Manifold assuming that grasp postures form a smooth manifold in hand posture space. We present a simple way of providing approximations of Grasp Manifolds using Self-Organising Maps (SOMs) and study the properties of the represented grasp manifolds concerning their smoothness and robustness against clustered training data

Towards Transferring Tactile-based Continuous Force Control Policies from Simulation to Robot

The advent of tactile sensors in robotics has sparked many ideas on how robots can leverage direct contact measurements of their environment interactions to improve manipulation tasks. An important line of research in this regard is that of grasp force control, which aims to manipulate objects safely by limiting the amount of force exerted on the object. While prior works have either hand-modeled their force controllers, employed model-based approaches, or have not shown sim-to-real transfer, we propose a model-free deep reinforcement learning approach trained in simulation and then transferred to the robot without further fine-tuning. We therefore present a simulation environment that produces realistic normal forces, which we use to train continuous force control policies. An evaluation in which we compare against a baseline and perform an ablation study shows that our approach outperforms the hand-modeled baseline and that our proposed inductive bias and domain randomization facilitate sim-to-real transfer. Code, models, and supplementary videos are available on https://sites.google.com/view/rl-force-ctr

Placing by Touching: An empirical study on the importance of tactile sensing for precise object placing

This work deals with a practical everyday problem: stable object placement on flat surfaces starting from unknown initial poses. Common object-placing approaches require either complete scene specifications or extrinsic sensor measurements, e.g., cameras, that occasionally suffer from occlusions. We propose a novel approach for stable object placing that combines tactile feedback and proprioceptive sensing. We devise a neural architecture that estimates a rotation matrix, resulting in a corrective gripper movement that aligns the object with the placing surface for the subsequent object manipulation. We compare models with different sensing modalities, such as force-torque and an external motion capture system, in real-world object placing tasks with different objects. The experimental evaluation of our placing policies with a set of unseen everyday objects reveals significant generalization of our proposed pipeline, suggesting that tactile sensing plays a vital role in the intrinsic understanding of robotic dexterous object manipulation. Code, models, and supplementary videos are available at https://sites.google.com/view/placing-by-touching

Influence of Light Soaking on Silicon Heterojunction Solar Cells With Various Architectures

In this article, we investigate the effect of prolonged light exposure on silicon heterojunction solar cells. We show that, although light exposure systematicallyimproves solar cell efficiency in the case of devices using intrinsic and p-type layers with optimal thickness, this treatment leads to performance degradation for devices with an insufficiently thick (p) layer on the light-incoming side. Our results indicate that this degradation is caused by a diminution of the (i/p)-layer stack hole-selectivity because of light exposure. Degradation is avoided when a sufficiently thick (p) layer is used, or when exposure of the (p) layer to UV light is avoided, as is the case of the rear-junction configuration, commonly used in the industry. Additionally, applying a forward bias current or an infrared light exposure results in an efficiency increase for all investigated solar cells, independently of the (p)-layer thickness, confirming the beneficial influence of recombination on the performance of silicon heterojunction solar cells

Einseitig kontaktierte amorph kristalline Silizium Heterosolarzellen Vom Wafer zur kristallinen Silizium Dünnschichtsolarzelle auf Glas

Diese Arbeit beschreibt Teilschritte auf dem Weg zu hocheffizienten kristallinen Silizium Dünnschichtsolarzellen auf Glas unter der Verwendung von Silizium Heterokontakten. Dabei wurden zunächst Kontaktsysteme auf kristallinen Siliziumwafern als Modellstruktur entwickelt und optimiert und anschlie end die Erfahrungen für die Entwicklung von ähnlichen Kontaktsystemenfür neuartige flüssigphasenkristallisierte Silizium Dünnschichtsolarzellen genutzt. Die Charakterisierung und Simulation dieser Dünnschichtsolarzellen bildete die Voraussetzung um den Herstellunsgprozess und die Eigenschaften der kristallinen Absorberschichten und der vergrabenen Siliziumgrenzfläche auf der Glas zugewandten Seite zu verstehen und zu verbessern. Den Ausgangspunkt bildeten zunächst bestehende Prozesse zur Herstellung von waferbasierten Rückkontakt Solarzellen mit Silizium Heterokontakten, welche optimiert und auf eine potentielle Vereinfachung hin untersucht wurden. Unter Verwendung eines Kontaktsystems mit punktförmigen Majoritäten Kontakten konnte durch die Einführung einer Silber Pufferschicht als direkte Kontaktschicht zum a Si H n Minoritätenkontakt auf einem p dotierten Siliziumwafer eine Solarzelle mit einem Wirkungsgrad von 17,1 gezeigt werden. Die Effizienz dieser Solarzelle ist hauptsächlich durch einen geringen Füllfaktor limitiert, welcher auf einen nicht ausreichend entfernten a Si H Minoritäten Kontakt von den zur Bildung des Majoritäten Kontakts vorgesehenen Bereichen zurückzuführen ist. Bei einem bereits vor dieser Arbeit vom Autor mitentwickelten Prozess zur Herstellung von interdigitierenden Silizium Heterokontakt Solarzellen IBC SHJ ist der Bereich zwischen den entgegengesetzt dotierten a Si H Kontakten mit einem isolierenden SiO2 SiNx Schichtstapel passiviert. Zur Vereinfachung des Herstellungsprozesses für IBC SHJ Solarzellen wurde mittels zweidimensionalen numerischen Simulationen untersucht, ob für die Passivierung dieses Bereichs auch die a Si H Schichten verwendet werden können. Gemä den Simulationen ist die Verwendung des a Si H Minoritäten Kontakts aufgrund einer starken Reduzierung des Füllfaktors nicht sinnvoll, die Verwendung des a Si H Majoritäten Kontakts jedoch möglich. Es wurden IBC SHJ Solarzellen hergestellt, bei denen der Bereich zwischen den Kontakten mit dem a Si H Majoritäten Kontakt passiviert ist und eine vom Fraunhofer ISE unabhängig bestätigter Wirkungsgrad von 19,4 erreicht. Auf einem p dotierten Siliziumabsorber auf einer SiOx Zwischenschicht auf Glas konnte mit dem in dieser Arbeit entwickelten FrontERA Kontaktsystem ein Wirkungsgrad von 7,8 erreicht werden. Auf n dotierten Siliziumabsorbern, welche auf einem SiOx SiNx SiOx Schichtstapel auf Glas kristallisiert wurden, konnten Solarzellen mit offenen Klemmenspannungen im Bereich von 630mV bis 650mV sowie einem stabilen Wirkungsgrad von 11,5 erreicht werden. Damit gelang es erstmalig, Leerlaufspannungen von über 600mV für kristalline Silizium Dünnschichtsolarzellen auf Glas zu demonstrieren. Die nächsten Schritte auf dem Weg zu hocheffizienten kristallinen Silizium Dünnschichtsolarzellen sind die Implementierung von bekannten, effektiven Lichteinfangstrukturen und die Optimierung der Kontaktsystem für das Erreichen hoher Füllfaktoren. Kristalline Silizium Dünnschichtsolarzellen auf Glas mit Wirkungsgraden von über 15 sollten damit ermöglicht werde