Analysis of alkali-treated Cu(In,Ga)Se2_\text{2} solar cells with numerical simulations and capacitive spectroscopy

Das globale Ziel dieser Arbeit war es, ein präzises digitales Modell einer Cu(In,Ga)Se$_2$ (CIGS)-Solarzelle aufzubauen. Dazu wurde eine Simulationssoftware entwickelt, die es ermöglicht, grundlegende Charakteristiken des Heteroübergangs abzubilden. Aufbauend auf den fundamentalen Drift-Diffusions Gleichungen wurden die wichtigsten physikalischen Zusammenhänge in die Software implementiert, um eine CIGS-Solarzelle auf der Ebene der Halbleiterphysik zu beschreiben. Dabei sollten die verwendeten Materialparameter möglichst nahe an der Realität liegen. Viele Parameter sind bekannt, eine große Unsicherheit liegt jedoch in der Beschreibung der elektrischen Defekte im CIGS-Halbleiter. Diese führen über Shockley-Read-Hall (SRH)-Rekombination zu dem dominanten Leistungsverlust in der Solarzelle. Im CIGS-Material können diese Defekte eine Vielzahl von möglichen Ursprüngen haben und je nach Prozess oder Beschichtungsanlage unterschiedlich auftreten. Eine genaue Beschreibung im numerischen Modell ist jedoch unabdingbar, um die genauen Verlustmechanismen und die Höhe der Verluste zu spezifizieren. Für eine genaue und umfassende Kenntnisse über die Defekte im CIGS-Material, wurden CIGS Schichten aus verschiedenen Anlagen, hergestellt mit unterschiedlichen Prozessarten, untersucht. Dazu wurden innerhalb dieser Arbeit Deep Level Transient Spectroscopy (DLTS)-Messungen für die Verwendung an CIGS Solarzellen angepasst. DLTS stellt eine sehr sensitive Methode dar, Störstellen in Halbleiter-Materialien äußerst exakt zu vermessen. Für genaue und belastbare Messungen wurde eine spezielle Messprozedur entwickelt sowie geeignete Werte der Messparameter identifiziert. Damit wurden schlussendlich die charakteristischen Eigenschaften Defektdichte, energetische Lage, Wirkungsquerschnitt und Defekttyp in den unterschiedlichen Proben bestimmt. Die Ergebnisse konnten dann als Input-Parameter in der Software übernommen werden und so die Defekte auf numerischer Ebene abgebildet werden. Ein zentraler Punkt dieser Arbeit war es außerdem, mit Hilfe des numerischen Models den Einfluss von Rubidium, das durch ein Rubidiumfluorid (RbF) postdeposition treatment (PDT) Schritt eingebracht wurde, auf die Defekte und deren Eigenschaften zu untersuchen. Dazu wurden im ersten Schritt grundlegende Messungen an vereinfachten CIGS-Proben ohne Bandlücken-Gradienten durchgeführt, die mit unterschiedlichen Alkalielementen behandelt wurden. Dadurch konnten den einzelnen Alkalielementen charakteristische Signaturen in den DLTS-Messungen zugeordnet werden. Mit dieser Grundlage wurden verschiedene Probenreihen an CIGS-Solarzellen aus einer produktionnahen Inline-Beschichtungsanlage vermessen. Im CIGS-Material konnten zwei signifikante Störstellen (ein Minoritätendefekt und ein Majoritätendefekt) in der Mitte der Bandlücke identifiziertwerden, die aufgrund ihrer energetischen Lage, potentielle Rekombinationszentren darstellen. Es konnte nachgewiesen werden, dass eine PDT-Behandlung des CIGS-Materials die Defektdichte des einen Minoritätsdefekts um den Faktor drei reduziert, der Majoritätsdefekt jedoch nicht beeinflusst wird. Dieses unterschiedliche Verhalten konnte auf den räumlichen Ursprung der Defekte zurückgeführt werden. Während der vom PDT beeinflusste Defekt wahrscheinlich an Korngrenzen vorliegt, wo das Rubidium vorzugsweise segregiert, ist der zweite Defekt homogen in der Schicht verteilt. Die experimentellen Ergebnisse wurden in numerischen Simulationen verifiziert und Strategien für weitere Entwicklungsschritte ausgearbeitet. Aktuell von großem Interesse ist die Entwicklung von (Ag,Cu)(In,Ga)Se2 (ACIGS)-Solarzellen, bei denen ein Teil des Kupfers durch Silber substituiert wird. In ACIGS-Zellen mit geringem Silberanteil konnten ähnliche Defektewie im CIGS nachgewiesen werden, einen Einfluss auf diese durch ein RbF-PDT konnte jedoch nicht direkt verifiziert werden. Das ist zum Großteil auf ein starkes Signal von einem Dotierlevel zurückzuführen, dessen energetische Lage und Dichte sich systematisch mit dem Rb-Gehalt erhöhen. Während dieses Signal die DLTS-Messungen der ACIGS-Proben dominiert, ist es in silberfreien CIGS-Proben nicht nachzuweisen. Bei der Untersuchung von ACIGS-Solarzellen wurde jedoch auch ein signifikant unterschiedliches Performance-Verhalten im Vergleich zu (silberfreien) CIGS-Solarzellen beobachtet. Der Grund hierfür liegt in einem geänderten Dotierverhalten und einer parasitären Energiebarriere am CIGS/Puffer Übergang. Auch hier konnten die Effekte durch numerische Simulationen belegt und die Ergebnisse auf weitere Wirkungsgrad Verbesserungen hin untersucht werden. Diese Ergebnisse zeigen, wie mit Hilfe von numerischen Simulationen und geeigneten Input Daten, digitale Experimente durchgeführt, physikalische Grenzen aufgetan und reale Effekte analysiert werden können. Mit robusten Input Daten können insbesondere die auftretenden Verluste in einer CIGS-Solarzelle bestimmt und somit die experimentelle Forschung und Entwicklung von Dünnschicht Solarzellen unterstützt werden

Regulating repression : roles for the Sir4 N-terminus in linker DNA protection and stabilization of epigenetic states

The Gasser laboratory is supported by the Novartis Research Foundation and the EU training network Nucleosome 4D. SK was supported by an EMBO long-term fellowship, a Schrodinger fellowship from the FWF, and the Swiss SystemsX.ch initiative/C-CINA; HCF by an EMBO long-term fellowship.Silent information regulator proteins Sir2, Sir3, and Sir4 form a heterotrimeric complex that represses transcription at subtelomeric regions and homothallic mating type (HM) loci in budding yeast. We have performed a detailed biochemical and genetic analysis of the largest Sir protein, Sir4. The N-terminal half of Sir4 is dispensable for SIR-mediated repression of HM loci in vivo, except in strains that lack Yku70 or have weak silencer elements. For HM silencing in these cells, the C-terminal domain (Sir4C, residues 747-1,358) must be complemented with an N-terminal domain (Sir4N; residues 1-270), expressed either independently or as a fusion with Sir4C. Nonetheless, recombinant Sir4C can form a complex with Sir2 and Sir3 in vitro, is catalytically active, and has sedimentation properties similar to a full-length Sir4-containing SIR complex. Sir4C-containing SIR complexes bind nucleosomal arrays and protect linker DNA from nucleolytic digestion, but less effectively than wild-type SIR complexes. Consistently, full-length Sir4 is required for the complete repression of subtelomeric genes. Supporting the notion that the Sir4 N-terminus is a regulatory domain, we find it extensively phosphorylated on cyclin-dependent kinase consensus sites, some being hyperphosphorylated during mitosis. Mutation of two major phosphoacceptor sites (S63 and S84) derepresses natural subtelomeric genes when combined with a serendipitous mutation (P2A), which alone can enhance the stability of either the repressed or active state. The triple mutation confers resistance to rapamycin-induced stress and a loss of subtelomeric repression. We conclude that the Sir4 N-terminus plays two roles in SIR-mediated silencing: it contributes to epigenetic repression by stabilizing the SIR-mediated protection of linker DNA; and, as a target of phosphorylation, it can destabilize silencing in a regulated manner.Publisher PDFPeer reviewe

DLTS investigations on CIGS solar cells from an inline co-evaporation system with RbF post-deposition treatment

In this study, Deep Level Transient Spectroscopy (DLTS) measurements have been performed on Cu(In,Ga)Se$_{2}$ (CIGS) solar cells from an inline co-evaporation system. The focus of this investigation is directed on the effect of rubidium-fluoride (RbF)-post-deposition treatment (PDT) on the defects in the CIGS absorber layer. Different traps can be identified and their properties are calculated. Herein, different methods of evaluations have been used to verify the results. Specifically, one minority trap around 400 meV was found to show a significant reduction of the trap density due to the alkali treatment. In contrast, a majority trap at approximately 600 meV is unaffected

Irradiation-dependent topology optimization of metallization grid patterns and variation of contact layer thickness used for latitude-based yield gain of thin-film solar modules

We show that the concept of topology optimization for metallization grid patterns of thin-film solar devices can be applied to monolithically integrated solar cells. Different irradiation intensities favor different topological grid designs as well as a different thickness of the transparent conductive oxide (TCO) layer. For standard laboratory efficiency determination, an irradiation power of 1000W/m$^{2}$ is generally applied. However, this power rarely occurs for real-world solar modules operating at mid-latitude locations. Therefore, contact layer thicknesses and also lateral grid patterns should be optimized for lower irradiation intensities. This results in material production savings for the grid and TCO layer of up to 50 % and simultaneously a significant gain in yield of over 1% for regions with a low annual mean irradiation

Intraoperative visualisation and treatment of salivary glands in Sjögren's syndrome by contrast-enhanced ultrasound sialendoscopy (CEUSS):protocol for a phase I single-centre, single-arm, exploratory study

INTRODUCTION: We established a promising sialendoscopic treatment for in vivo enhancement of salivation in salivary glands affected by Sjögren's syndrome (SS). In this technique, the ducts of the salivary glands are irrigated with saline and steroids. This allows for dilatation of ductal strictures and removal of debris. Unfortunately, it is not possible to assess the delivery and penetration of saline or medications in the ductal system and parenchyma. To address this problem, we will conduct contrast-enhanced ultrasound sialendoscopy (CEUSS) using sulphur hexafluoride microbubbles. To the best of our knowledge, microbubbles have never been used for the treatment of salivary glands in SS. It is, therefore, imperative to test this application for its safety and feasibility. METHODS AND ANALYSIS: A single-arm phase I study will be performed in 10 SS patients. Under local anaesthesia, ultrasound (US) guided infusion of the parotid and submandibular glands with microbubbles will be performed. Continuous US imaging will be used to visualise the glands, including the location of strictures and occlusions. Main outcomes will be the evaluation of safety and technical feasibility of the experimental treatment. Secondary outcomes will consist of determinations of unstimulated whole mouth saliva flow, stimulated whole mouth saliva flow, stimulated parotid saliva flow, clinical oral dryness, reported pain, xerostomia, disease activity, salivary cytokine profiles and clinical SS symptoms. Finally, salivary gland topographical alterations will be evaluated by US. ETHICS AND DISSEMINATION: Ethical approval for this study was obtained from the Medical Ethics Committee of the Amsterdam University Medical Centre, Amsterdam, The Netherlands (NL68283.029.19). data will be presented at national and international conferences and published in a peer-reviewed journal. The study will be implemented and reported in line with the Standard Protocol Items: Recommendations for Interventional Trials' statement. TRIAL REGISTRATION NUMBERS: The Netherlands Trial Register: NL7731, MREC Trial Register: NL68283.029.19; Pre-results

Numerical simulation of turbulent free-surface flow in offshore applications

To study extreme hydrodynamic wave impact in offshore and coastal engi- neering, the VOF-based CFD simulation tool ComFLOW is being developed. In this paper we will present its turbulence modeling. In particular, a blend of a QR-model and a regularization model has been designed. The QR-model belongs to a class of modern eddy- viscosity models, where the amount of turbulent eddy viscosity is kept minimal. Also, to enhance efficieny, local grid refinement has been added. For validation, experiments have been carried out at MARIN

Locally-refined free-surface flow simulations for moored and floating offshore platforms

The simulation of free-surface flow around moored or floating objects faces a series of challenges concerning the flow modelling and the numerical solution  method. During the development of the ComFLOW simulation method many of these challenges have been tackled, as there are wave propagation, absorbing boundary conditions, turbulence modeling, fluid-solid body interaction and numerical efficiency. Several of these challenges will be discussed in the paper. To demonstrate the current capabilities of ComFLOW, a number of simulation results for engineering applications from the offshore industry will be presented. Examples are wave impact against a semi-submersible offshore platform, an oscillating buoy, and a free-fall life boat dropping into wavy water. For these applications, MARIN has carried out several validation experiments

Advanced Land Imager Assessment System

The Advanced Land Imager Assessment System (ALIAS) supports radiometric and geometric image processing for the Advanced Land Imager (ALI) instrument onboard NASA s Earth Observing-1 (EO-1) satellite. ALIAS consists of two processing subsystems for radiometric and geometric processing of the ALI s multispectral imagery. The radiometric processing subsystem characterizes and corrects, where possible, radiometric qualities including: coherent, impulse; and random noise; signal-to-noise ratios (SNRs); detector operability; gain; bias; saturation levels; striping and banding; and the stability of detector performance. The geometric processing subsystem and analysis capabilities support sensor alignment calibrations, sensor chip assembly (SCA)-to-SCA alignments and band-to-band alignment; and perform geodetic accuracy assessments, modulation transfer function (MTF) characterizations, and image-to-image characterizations. ALIAS also characterizes and corrects band-toband registration, and performs systematic precision and terrain correction of ALI images. This system can geometrically correct, and automatically mosaic, the SCA image strips into a seamless, map-projected image. This system provides a large database, which enables bulk trending for all ALI image data and significant instrument telemetry. Bulk trending consists of two functions: Housekeeping Processing and Bulk Radiometric Processing. The Housekeeping function pulls telemetry and temperature information from the instrument housekeeping files and writes this information to a database for trending. The Bulk Radiometric Processing function writes statistical information from the dark data acquired before and after the Earth imagery and the lamp data to the database for trending. This allows for multi-scene statistical analyses