Die vorliegende Dissertation beschäftigt sich mit der Untersuchung von Maßnahmen zur Erhöhung der Stabilität, sowie mit Degradationsmechanismen in organischen Solarzellen. Für eine erfolgreiche Marktplatzierung, ist es neben der weiteren Verbesserung des Wirkungsgrades von großer Bedeutung, die Stabilität und Lebensdauer organischer Solarzellen zu erhöhen. Folglich beschäftigt sich diese Arbeit mit der Untersuchung neuartiger Materialien und Solarzellenarchitekturen, um zum Verständnis grundlegender Prozesse in organischen Solarzellen, besonders hinsichtlich der Stabilität, beizutragen. Dazu wird die Impedanzspektroskopie eingesetzt, um die dielektrischen Eigenschaften, wie zum Beispiel die Kapazität, von Solarzellen zu bestimmen. Dies erlaubt die Berechnung der Ladungsträgerkonzentration und der Zustandsdichte. Zudem erlaubt die Impedanzspektroskopie in Kombination mit Ersatzschaltbildanalysen eine Unterscheidung von Volumen- und Grenzflächeneffekten. <dt.>
This thesis deals with stability improvements and the investigation of degradation mechanisms in organic solar cells. For successful large scale applications, next to the improvement of the power conversion efficiency, the stability of organic solar cells has to be increased. This thesis is dedicated to the investigation of novel materials and architectures to study stability-related issues and degradation mechanisms in order to contribute to the basic understanding of the working principles of organic solar cells. Impedance spectroscopy is used to gain information about stability and degradation mechanisms. Giving access to the dielectric properties of solar cells, such as capacitance, this method offers the opportunity to probe the charge carrier concentration and the density of states. Another powerful way of evaluation is the combination of experimentally obtained impedance spectra with equivalent circuit modeling to differentiate between bulk and interface effects. <engl.>
In dieser Arbeit wurde auf Grundlage des Simulationsprogrammes SCAPS-1D ein eindimensionales Modell zur Beschreibung von industriell gefertigten CIGSSe-Solarzellen entwickelt. Als Folge der großflächigen, sequentiellen Prozessierung treten hier starke chemische und mikrostrukturelle Inhomogenitäten auf. Um diese möglichst präzise in der Simulation abzubilden, wurden die einzelnen Funktionsschichten zunächst separat charakterisiert. Die nötige Dimensionsreduzierung der Solarzellenstruktur erfolgte anschließend über eine geeignete Mittelung der experimentell bestimmten Eingangsparameter. Das erarbeitete Modell ermöglicht eine quantitative Vorhersage der gemessenen elektrischen Eigenschaften der betrachteten Solarzellen. Eine Fehlerabschätzung hier eingeflossener Vereinfachungen unterstreicht zudem die Leistungsfähigkeit des eindimensionalen Ansatzes. Anhand der Simulationen motivierte Änderungen im Zellaufbaukonnten in der Produktion umgesetzt und damit die Effizienz gesteigert werden. <dt.>
In this work a one-dimensional (1D) modelbased on the photovoltaic simulator SCAPS-1D has been developed to describe the properties of industrially processed CIGSSe solar cells. In consequence of the large-scale and sequential production sequence, chemical and microstructural inhomogeneities are observed in the device. In order to accurately image these features in the simulation, each functional layer has been characterized separately first. The required dimension reduction was realized subsequently by averaging of the experimental input parameters, determined before. Electrooptical measurements on the investigated solar cells can be predicted quantitatively by the acquired model. An error estimation of the incorporated simplifications and not considered multidimensional effects proves the capability of the 1D approach. Simulative motivated modifications in the solar cell configuration could be implemented in production and led to increased conversion efficiencies. <engl.>
In dieser Dissertation wurden Verlustmechanismen in industriell prozessierten Chalkopyrit Dünnschichtsolarzellen, aufgebaut aus der ZnO:Al/i-ZnO/CdS/Cu(In,Ga)(Se,S)2/Mo Schichtstruktur, untersucht. Die Ergebnisse wurden in zwei Projekten mit unterschiedlichen Industriepartnern erzielt, die grundlegend verschiedene Prozessmethoden anwenden. In Proben aus dem (1) sequentiellen Abscheidungs-Reaktion Prozess wurde der Schwefelanteil der Reaktionsatmosphäre variiert um einen zweifachen Bandlückenverlauf zu erzielen. (2) Zellen aus verschiedenen Koverdampfungskammern, hergestellt unter nominell gleichen Prozessbedingungen, zeigten große Abweichungen im Wirkungsgrad. Eine umfassende Charakterisierungsprozedur wurde durchgeführt um gezielt die Verlustmechanismen in den Solarzellen zu identifizieren. Diese zeigte, dass das Verhalten von Proben beider Prozessmethoden primär durch die Details des Bandlückenverlaufs und die Konzentrationen von Bandlückenmittendefekten bestimmt wird. <dt.>
In the present thesis by publication loss mechanisms in industrially processed chalcopyrite thin film solar cells of the conventional ZnO:Al/i-ZnO/CdS/Cu(In,Ga)(Se,S)2/Mo layer structure investigated. The results of this thesis were obtained within two independent projects with different industry partners each applying principally different processing technologies. In samples from (1) the sequential deposition-reaction process the sulfur composition of the annealing atmosphere was varied in order to realize a double band gap grading. (2) Devices from different co-evaporation chambers processed under nominal equal conditions yielded strong deviations in performance. A comprehensive characterization procedure was devised and applied in order to strategically identify the loss mechanisms in the solar cells. This procedure revealed that the performance in devices from both processing methods was determined by the specifics of the bandgap grading and the concentration of mid-gap defects. <engl.>
Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Wahrnehmung der Tonhaltigkeit (DIN 45681 "Akustik-Bestimmung der Tonhaltigkeit von Geräuschen und Ermittlung eines Tonzuschlages für die Beurteilung von Geräuschimmissionen") und der zugrunde liegenden psychoakustischen Mechanismen und Phänomene. Die interne Repräsentation ("Wahrnehmungsraum") der Tonhaltigkeit wird ermittelt und diskutiert. Daraus werden adäquate Orientierungsschalle für die Demonstration der Tonhaltigkeit abgeleitet und ein universelles Messverfahren zur subjektiven Erfassung der Tonhaltigkeit beliebiger Schalle entwickelt. Das Messverfahren wird ausführlich motiviert und exemplarisch für die Untersuchung der relevanten Parameter der Tonhaltigkeit angewendet. Die Integration mehrerer, gleichzeitig auftretender tonaler Komponenten wird systematisch untersucht und modelliert. Die gewonnenen Erkenntnisse ermöglichen ein tieferes Verständnis der zugrunde liegenden Zusammenhänge und können so die DIN 45681 sinnvoll ergänzen. <dt.>
This scientific work deals with the perception of the German concept "Tonhaltigkeit" (= magnitude of tonal content in noise emissions) which is defined in the German standard DIN 45681 "Akustik-Bestimmung der Tonhaltigkeit von Geräuschen und Ermittlung eines Tonzuschlages für die Beurteilung von Geräuschimmissionen" concerning psychoacoustical aspects. The internal representation of Tonhaltigkeit is evaluated and used to derive acoustical demonstrations for the Tonhaltigkeit. A universal procedure to measure subjective Tonhaltigkeit is introduced, discussed, tested and applied to the relevant parameters influencing Tonhaltigkeit.The integration of several simultaneously existing tonal components is evaluated and modelled using knowledge about loudness perception. The findings reveal a deeper insight into the underlying principles of Tonhaltigkeit and allow for completion and further enhancement of the German standard DIN 45681. <engl.>
Photolumineszenz (PL) hat sich als Charakterisierungsmethode für Absorber von Solarzellen etabliert, durch die Formulierung vom verallgemeinertem Planckschen Strahlungsgesetz lässt sich prinzipiell die Aufspaltung der quasi-Fermi Niveaus sowie die Absorption einer Solarzelle noch vor ihrer Fertigstellung bestimmen. Für groflächige Messungen (mm/cm-Skala) gilt dies jedoch vornehmlich für homogene Absorberschichten, auf die Analyse polykristalliner Halbleiter lässt sich dieser Ansatz aufgrund der lateral variierenden opto-elektronischen und strukturellen Eigenschaften nicht eins zu eins übertragen. In dieser Arbeit werden durch die lateral und spektral aufgelöste Messung der PL mit sub-Mikrometer Auflösung sowie den bergang zur makroskopischen Messung die lateralen Fluktuationen in den Eigenschaften des polykristallinen Halbleiters Cu(In,Ga)S2 quantifiziert und hinsichtlich ihres Anregungszustandes und ihrer Absorption untersucht. <dt.>
In dieser Arbeit werden Ergebnisse verschiedener experimenteller Aufbauten (z. B. winkelabhängige Photolumineszenz) vorgestellt um die Propagation von elektromagnetischer Strahlung innerhalb und auerhalb von Absorber am Beispiel von kristallinem Silizium und Fluoreszenzkollektoren mit und ohne Manipulation der Ein- und Auskopplung der Strahlung durch photonische Strukturen (Opal und Kantenfilter) zu charakterisieren. Die experimentellen Ergebnisse von diesen Aufbauten und Proben werden mit den Ergebnissen der Simulation der Propagation von Strahlung verglichen, welche auf den grundlegenden Gleichungen für die Propagation elektromagnetischer Strahlung wie Reflektion, Transmission, Absorption und Phasenansammlung beruhen. <dt.>