Halbleiter-Isolator-Halbleiter-Heteroübergang mit Atomlagenabscheidung als Schottky-Tunnel-Solarzelle auf nanostrukturiertem Silizium

Die vorliegende Arbeit befasste sich grundlegend mit der Herstellung und Untersuchung der Wirkungsweise einer Solarzelle der 3. Generation. Dabei wird eine nasschemisch geätzte Silizium-Nanostruktur zur Steigerung der Absorption genutzt. Statt eines klassischen p-n-Übergangs dient ein mit Atomlagenabscheidung (engl. ‚Atomic Layer Deposition‘, ALD) hergestellter Halbleiter-Isolator-Halbleiter-Heteroübergang (engl. ‚Semiconductor-Insulator-Semiconductor‘, SIS) zur Ladungstrennung. Dieser setzt sich aus Silizium, einer dünnen (< 3 nm) dielektrischen Isolatorschicht und einem transparenten leitfähigen Oxid (TCO) aus aluminiumdotierten Zinkoxid (AZO) zusammen. Zunächst wird die Wirkungsweise des SIS-Überganges auf einer polierten Siliziumoberfläche durch Modifikationen des ALD-Prozesses, die Verwendung verschiedener Dotierungen des Siliziums und unterschiedlicher Dielektrika (Aluminiumoxid (Al2O3), Hafniumoxid (HfO2), Titanoxid (TiO2)) als Material der Isolatorschicht untersucht. Hier wird aufgezeigt, dass der SIS-Übergang maßgeblich durch die Grenzflächenbildung, fixierte Ladungen und die Qualität der Isolatorschicht beeinflusst wird. Anschließend befasst sich die Arbeit mit der Wirkung einer nanostrukturierten Siliziumoberfläche unter Anpassung der Morphologie und Strukturtiefe auf den SIS-Übergang. Übersteigt dabei die Strukturtiefe 2 µm, führen Rekombinationen aufgrund einer inhomogenen Beschichtung zu starken Leistungsverlusten der Solarzelle. Durch die strukturierte Oberfläche konnte neben einer erhöhten Absorption (> 90%) die Ladungsträgersammlung verbessert werden. Dies führt zu einer Steigerung des Wirkungsgrades um den Faktor 2,4 im Vergleich zu einer polierten Oberfläche

Atomlagenabscheidung dünner transparenter leitfähiger Metalloxidschichten und Anwendung in einer nanostrukturierten Halbleiter-Isolator-Halbleiter Solarzelle: Herstellung und Charakterisierung

Die Atomlagenabscheidung (engl. „Atomic Layer Deposition“, ALD) ist ein chemisches Abscheideverfahren zur Herstellung dünner Schichten. Der selbstlimitierende Prozess dieses Verfahrens ermöglicht es, Schichtdicken von einer Monolage (~0,1 nm) bis zu mehreren Mikrometern zu erzielen. Das ALD-Verfahren stellt eine Möglichkeit dar, transparente leitfähige Oxidschichten (TCO) wie aluminiumdotiertes Zinkoxid (AZO) herzustellen. Hierzu wird in dieser Arbeit die Anpassung der Prozessparameter für die Abscheidung von Aluminiumoxid und Zinkoxid mit ALD beschrieben. Die hergestellten Al2O3-, ZnO- und AZO-Schichten werden auf ihre Struktur und Zusammensetzung sowie ihre optischen und elektrischen Eigenschaften hin untersucht. Als Anwendung werden das Konzept und Untersuchungen an einer nanostrukturierten Halbleiter-Isolator-Halbleiter Solarzelle vorgestellt

Fast and robust detection of solar modules in electroluminescence images

Fast, non-destructive and on-site quality control tools, mainly high sensitive imaging techniques, are important to assess the reliability of photovoltaic plants. To minimize the risk of further damages and electrical yield losses, electroluminescence (EL) imaging is used to detect local defects in an early stage, which might cause future electric losses. For an automated defect recognition on EL measurements, a robust detection and rectification of modules, as well as an optional segmentation into cells is required. This paper introduces a method to detect solar modules and crossing points between solar cells in EL images. We only require 1-D image statistics for the detection, resulting in an approach that is computationally efficient. In addition, the method is able to detect the modules under perspective distortion and in scenarios, where multiple modules are visible in the image. We compare our method to the state of the art and show that it is superior in presence of perspective distortion while the performance on images, where the module is roughly coplanar to the detector, is similar to the reference method. Finally, we show that we greatly improve in terms of computational time in comparison to the reference method

Joint Superresolution and Rectification for Solar Cell Inspection

Visual inspection of solar modules is an important monitoring facility in photovoltaic power plants. Since a single measurement of fast CMOS sensors is limited in spatial resolution and often not sufficient to reliably detect small defects, we apply multiframe superresolution (MFSR) to a sequence of low-resolution measurements. In addition, the rectification and removal of lens distortion simplifies subsequent analysis. Therefore, we propose to fuse this preprocessing with standard MFSR algorithms. This is advantageous, because we omit a separate processing step, the motion estimation becomes more stable and the spacing of high-resolution pixels on the rectified module image becomes uniform w.r.t. the module plane, regardless of perspective distortion. We present a comprehensive user study showing that MFSR is beneficial for defect recognition by human experts and that the proposed method performs better than the state-of-the-art. Furthermore, we apply automated crack segmentation and show that the proposed method performs 3× better than bicubic upsampling and 2× better than the state-of-the-art for automated inspection

Outdoor photoluminescence of large area photovoltaic modules

Cost-effective, fast, and non-destructive, on-site photovoltaic (PV) characterization methods are of interest to PV operators to determine countermeasures against defects causing power loss or against safety problems. Combining the advantages of both methods electroluminescence (EL) and thermography is photoluminescence (PL). With our PL setup, we achieved high resolution luminescence images of large area PV modules without any physical and electrical contact. Defects are recognizable with a high rate compared to indoor EL images at controlled conditions. We analyzed inactive areas, cracks, potential induced degradation, snail trails, EVA degradation, and interconnection failures and compared the PL images with different characterization methods

Outdoor photoluminescence of large area photovoltaic modules

Cost-effective, fast, and non-destructive, on-site photovoltaic (PV) characterization methods are of interest to PV operators to determine countermeasures against defects causing power loss or against safety problems. Combining the advantages of both methods electroluminescence (EL) and thermography is photoluminescence (PL). With our PL setup, we achieved high resolution luminescence images of large area PV modules without any physical and electrical contact. Defects are recognizable with a high rate compared to indoor EL images at controlled conditions. We analyzed inactive areas, cracks, potential induced degradation, snail trails, EVA degradation, and interconnection failures and compared the PL images with different characterization methods

Nanoparticles prepared from porous silicon nanowires for bio-imaging and sonodynamic therapy

Evaluation of cytotoxicity, photoluminescence, bio-imaging, and sonosensitizing properties of silicon nanoparticles (SiNPs) prepared by ultrasound grinding of porous silicon nanowires (SiNWs) have been investigated. SiNWs were formed by metal (silver)-assisted wet chemical etching of heavily boron-doped (100)-oriented single crystalline silicon wafers. The prepared SiNWs and aqueous suspensions of SiNPs exhibit efficient room temperature photoluminescence (PL) in the spectral region of 600 to 1,000 nm that is explained by the radiative recombination of excitons confined in small silicon nanocrystals, from which SiNWs and SiNPs consist of. On the one hand, in vitro studies have demonstrated low cytotoxicity of SiNPs and possibilities of their bio-imaging applications. On the other hand, it has been found that SiNPs can act as efficient sensitizers of ultrasound-induced suppression of the viability of Hep-2 cancer cells