Organische Halbleiter ermöglichen leichte, flexible und kostengünstige Anwendungen für die Energieproduktion und optoelektronischen Industrie. Allerdings behindert die schwierige Kontrolle über Kristallwachstum und Morphologie abgeschiedener Schichten einen effizienten Ladungstransport, welcher entscheidend für die Effizienz derartiger Bauteile ist. Flüssigkristalle eröffnen aufgrund ihrer Eigenschaften bezüglich Selbstanordnung und Ausheilung von strukturellen Defekten einzigartige Möglichkeiten zur Kontrolle der Schichtmorphologie. Diese Doktorarbeit untersucht den Ladungstransport in neuen, molekularen Flüssigkristall-Farbstoffen. Das Ziel war die Etablierung von grundlegenden Beziehungen zwischen der chemischen Struktur und dem optoelektronischen Verhalten. Die erzielten Ergebnisse unterstreichen das vielversprechende Anwendungspotential molekularer Flüssigkristall-Farbstoffe für zukünftige optoelektronische Bauteile und verstärken das Forschungsinteresse an dieser Materialklasse. <dt.>
Organic semiconductors offer the possibility to develop light weight, flexible and cost-effective applications for energy production and optoelectronic industry. However, the difficulty in controlling crystal growth and thin film morphology remain the main hindrances in achieving good electrical transport, which is essential for efficient device performance. In the family of organic semiconductors, liquid crystal (LC) semiconductors offer a unique flexibility in controlling thin film morphology because of their unique self-assembly, and self-healing properties. This thesis investigated charge transport in several novel LC small molecule dyes. The goal of this thesis was to establish fundamental relationships between chemical structure and opto-electronic response. The overall results highlighted the promising potentials of small molecules LC dyes for future optoelectronic applications and call for further research interest in this class of materials. <engl.>
Die erneuerbaren Energien wie Solarenergie and Windenergie haben in den vergangenen Jahrzehnten eine enorme Bedeutung als Alternative zu den konventionellen fossilen Brennstoffen wie Kohle, Erdöl und Erdgas gewonnen. Diese alternativen Quellen sind sauber, umweltfreundlich und regenerativ. Jedoch sind sie auch sehr wetterabhängig und nicht direkt von Menschen kontrollierbar. Dadurch verursacht die großmaßstäbliche Integration der erneuerbare Energien eine Netzinstabilität, weil das traditionelle Stromnetz für eine vorhersagbare Last und eine abschaltbare Erzeugung ausgelegt ist. In dieser Arbeit werden die Variabilität der erneuerbaren Quellen und deren Einfluss auf den Ausgleichsbedarf für ein zukünftiges europäisches Energiesystem mit hohen Anteilen an Solar- und Windenergie untersucht. Der Schwerpunkt ist die Analyse der Auswirkungen unterschiedlich geneigter und unterschiedlich orientierter PV-Module auf den Ausgleichsbedarf für Europa. Darüber hinaus wird die Modelldomäne nach Nordafrika erweitert, um den Einfluss des konzentrierten Solarstromimports auf den europäischen Speicher- und Backup-Bedarf abzuschätzen. Es wurde gezeigt, dass die beste Wahl der Modulkonfiguration sehr empfindlich von den jeweiligen Solar- und Windanteilen am Strommix abhängt. Falls ein Speicher mit einer Kapazität von mindestens sechs durchschnittlichen Stundenbelastungen zur Verfügung steht, sollten steil aufgestellte Module mit gering ausgeprägten Jahresgängen bevorzugt werden. In einem winddominierten Szenario sind die niedrig geneigten Ost- und Westmodule am besten geeignet um den Ausgleichsbedarf zu reduzieren. Wenn kein Speicher vorhanden ist, reduziert ein Verbund von stark geneigten Ost- und Westmodulen den Ausgleichsbedarf, solange der Solaranteil hoch genug ist, um zwischen verschiedenen Konfigurationen zu unterscheiden. Einige dieser Modulkonfigurationen können in Bezug auf die installierte Kapazität ziemlich teuer sein. Aber der Umbau alter PV-Systeme zu Konfigurationen die für ein bestimmtes Szenario am besten geeignet sind, kann langfristig vorteilhaft sein. <dt.>
Over the past decades, renewable energy sources like solar and wind have gained enormous importance as alternative to the conventional fossil fuel based resources, such as coal, petroleum, and natural gas. These alternative sources are clean, environmental friendly, and naturally replenished. However, these renewable sources are largely weather-dependent and their output is not directly controllable by human beings. As a result, their large scale integration causes grid instability as the traditional power grid is designed for somewhat predictable load and dispatchable generation. In this thesis, this variable nature of renewable sources and their influence on balancing needs are studied for a future European power system with high shares of solar and wind generation. The main focus here is the analysis of the impact of differently inclined and differently oriented PV modules on balancing needs for Europe. Additionally, the model domain is expanded to North Africa to estimate the influence of concentrated solar power import on European storage and backup needs. The results show that the favorable choice of module configuration is very sensitive to the shares of solar and wind. For high solar shares, highly inclined modules with less pronounced annual courses are favorable, if a storage is available with a capacity to cover at least 6 hours of average load. In a wind-dominated scenario, lowly inclined East/West facing modules are most suitable to reduce balancing needs. When no storage is present, a combination of highly inclined East and West facing modules reduces the balancing needs as long as solar share is high enough to distinguish between different configurations. Some of these module configurations may be quite expensive in terms of installed capacity, but repowering old PV modules to configurations best suited for a specific scenario, can be advantageous in the long run. <engl.>
In dieser Arbeit werden horizontale, die Anströmung scannende Lidarsysteme mit fokussiertem Dauerstrichlaser für Windenergieanlagen betrachtet. Die Theorie der Windfeldrekonstruktion wird erweitert auf ein Fünf-Parameter-Modell, das die Anströmung bei inhomogenen Bedingungen genauer beschreibt. Anforderungen an das Sensorsystem werden abgeleitet. Ein neuer Ansatz basierend auf dem sphärischen Abscannen des Einströmungsbereichs wird experimentell untersucht. Die zu erwartende systematische Ungenauigkeit gemittelter Windrichtungssignale in einer Windparkumgebung wird damit quantifiziert und es werden räumliche Inhomogenitäten analysiert. Die Verwendung von Lidar-Messungen zur Vorsteuerung einer Blattwinkelregelung wird ganzheitlich modelliert und simuliert. In Ergänzung zur Einzelblattwinkelregelung ist die Lidar-basierte kollektive Blattwinkelvorsteuerung in der Lage, Ermüdungs- und Extremlasten, Abgabeleistungsschwankungen sowie die Blattwinkel-Verstellaktivität deutlich zu reduzieren. <dt.>
In this thesis horizontal, upwind scanning lidar systems of the focused continuous-wave type are regarded for wind turbines. The theory of wind field reconstruction is extended to a five parameter model describing the inflow in non-uniform conditions more accurately. Sensor requirements are derived. A new approach to spherically scan the inflow area is studied experimentally. Expected inaccuracies of the averaged wind direction signal in a wind farm environment are quantified and spatial inhomogeneities are analysed. The use of inflow lidar measurements in feedforward blade pitch control is holistically modelled and simulated. As a supplement to individual feedback pitch control, lidar-based feedforward collective pitch control reduces damage equivalent loads, extreme loads, power output fluctuations and pitch activity significantly. <engl.>
In dieser Arbeit wurden die Phasenbildung sowie der Unordnungs-Ordnungs-Phasenübergang in Cu2ZnSnSe4 untersucht und aus den Ergebnissen Optimierungen für die Herstellung von Cu2ZnSnSe4-Solarzellen abgeleitet. Eine Phasenanalyse mittels Raman-Tiefenprofilierung in Kleinwinkelquerschnitten zeigte für Cu-Zn-Sn-Se-haltige Dünnschichten, die aus metallischen Vorläuferschichtstapeln durch Selenisierung bei unterschiedlicher Temperatur hergestellt wurden, dass die Schichtreihenfolge in den Vorläufern die tiefen- und zeitabhängige Phasenbildung beeinflusst. Zudem wurde die Auswirkung einer erhöhten Heizrate sowie von ZnO- anstelle von Mo-Substrat auf die Cu2ZnSnSe4-Bildung untersucht. Für den Übergang von ungeordnetem zu geordnetem Cu2ZnSnSe4 wurde mittels in-situ Transmissionsspektroskopie ein Temperaturbereich bestimmt, in dem der Ordnungsgrad in den Cu/Zn-Kristallebenen beim Abkühlprozess einstellbar ist. Außerdem wurde gezeigt, dass mittels Raman-Analysen der Ordnungsgrad in Cu2ZnSnSe4 untersucht werden kann. <dt.>
In this thesis, the phase formation as well as the disorder-order phase transition in Cu2ZnSnSe4 was investigated. Optimizations for the fabrication of Cu2ZnSnSe4 solar cells were derived from the results. A phase analysis by Raman depth profiling in shallow angle cross sections for Cu-Zn-Sn-Se-containing thin films, which were fabricated by selenization of metallic precursors at different temperatures, showed that the stacking order in precursors influences the depth- and time-dependent phase formation. Furthermore the effect of an increased heating rate as well as of ZnO-substrates instead of Mo-substrates on the Cu2ZnSnSe4 formation was investigated. For the phase transition between disordered and ordered Cu2ZnSnSe4 a temperature range was determined by in-situ transmission spectroscopy, in which the degree of order in the Cu/Zn planes of the crystal can be adjusted during the cooling process. Additionally it was shown, that the degree of order of Cu2ZnSnSe4 can be investigated by Raman analysis. <engl.>