In dieser Dissertation wird die Digitale Speckle-Korrelation (DSC) als Methode zur Messung von dreidimensionalen Verformungsfeldern und Oberflächenprozessen, d.h. Änderungen in der Mikrostruktur der Oberfläche, präsentiert. Das Verfahren beruht auf einer detaillierten Analyse von Änderungen im gestreuten Specklefeld einer mit Laserlicht beleuchteten rauen Oberfläche mittels digitaler Bildverarbeitung. Der extrem einfache und robuste optische Aufbau ist gut für Anwendungen in rauer Umgebung außerhalb des Labors geeignet, z.B. in der zerstörungsfreien Werkstoffprüfung (NDT). Im ersten Teil der Arbeit wird ein neues Verfahren zur Bestimmung des vollständigen Verformungsfeldes - insbesondere der bisher nicht zugänglichen out-of-plane Komponente - entwickelt. Die Messung basiert auf einer Analyse der spektralen Abhängigkeit der durch lokale Verkippung hervorgerufenen Dekorrelation. Die Messgenauigkeit liegt im Bereich 1/10 Wellenlänge und ist mit interferometrischen Verfahren (z. B. ESPI) vergleichbar. Im zweiten Teil werden verschiedene Theorien zur Lichtstreuung an rauen Oberflächen (u.a. Störungstheorie, Kirchhoff Näherung, 2-Skalen Modell) weiterentwickelt, um die Korrelation der gestreuten Specklefelder durch Parameter der Mikrostrukturänderung zu beschreiben. Die theoretischen Zusammenhänge werden durch Vergleichsmessungen mit hochauflösender Rasterkraftmikroskopie (SFM) und durch Korrelationsmessungen mit variierenden Parametern experimentell verifiziert. Die Ergebnisse erlauben erstmals eine quantitative Beobachtung von Oberflächenprozessen mit einem berührungslosen optischen Verfahren. <dt.>
This thesis presents a detailed investigation of Digital Speckle Correlation (DSC) as a tool for the measurement of three-dimensional deformation fields and surface processes, i.e. changes in the microstructure of the surface. The method is based on a detailed analysis of the changes in the speckle field that is scattered from a laser-illuminated rough surface, using digital image processing. The extremely simple and robust optical setup is suited for uses in harsh environments outside the laboratory, e.g. in Non-Destructive Testing (NDT) applications. In the first part of the thesis, a new technique is presented to determine the complete deformation field, in particular the hitherto inaccessible out-of-plane component. The measurement relies on the analysis of the spectral properties of the decorrelation which is caused by local tilt. The accuracy of the measurement is about one tenth of the used wavelength, and thus comparable to interferometric techniques (e.g. ESPI). In the second part, different theoretical approaches to describe the scattering at random rough surfaces, including perturbation theory, Kirchhoff theory and the two-scale model, are advanced to determine the correlation of the scattered speckle fields in terms of parameters of the surface microstructure changes. The theoretical relations are verified by comparative measurements with high resolution scanning force microscopy (SFM) and by correlation measurements under a variation of experimental parameters. The results allow for the first time a quantitative whole-field monitoring of surface processes by remote optical means.<engl.>
Die Arbeit befasst sich mit der Herstellung und Analyse von CdTe-Solarzellen. Im ersten präparativen Teil dieser Arbeit stelle ich ein Verfahren vor, in dem das Aktivierungsmittel CdCl2 bzw. NaCl durch Aerosolbeschichtung homogen auf den CdTe-Absorber aufgetragen und zur Aktivierung benutzt wird. Des weiteren wird als Rückkontaktzwischenschicht mittels DC-Kathodenzerstäubung hergestelltes Sb2Te3 untersucht. Die bei 180C Substrattemperatur erhaltene Schicht ist als Kontaktzwischenschicht chemisch stabil und hat eine ausreichende Leitfähigkeit. Bei Raumtemperatur hergestellte Sb-Te-Schichten weisen eine neue Phase des Sb-Te-Materialsystems auf. Im zweiten Teil werden für die ungewöhnlichen Veränderungen der I/U-Kennlinienform durch Beleuchtung der CdTe- bzw. Cu(In,Ga)Se2-Solarzelle Modelle vorgestellt. Diese Modelle basieren auf der Kompensation der Dotierung des CdS bzw. CdTe durch tiefe Störzellen. Die Modelle wurden simuliert und mit gemessenen Daten verglichen. <dt.>
This work concerns with the production and analysis of CdTe solar cells. The first preparative part of this work deals with the activation of the CdTe solar cell. A procedure is shown how to cover the CdTe layer homogeniously with CdCl2 or NaCl via an aerosol deposition. Furthermore an intermediate back contact layer made of DC-sputtered Sb2Te3 is investigated. The intermediate back contact layer prepared at 180C substrate temperature is chemical stable and sufficient conducting. Sb-Te layers produced by room temperature show an unknown phase of the Sb-Te material system. In the second part I present models for the unusual change of the i/v-curve shapes due to illumination of the CdTe- and Cu(In,Ga)Se2-solar cells. These models are based on the compensation of the doping of CdS and CdTe with deep traps. They have been simulated and compared to the measured data. <engl.>
Für die Planung und den Betrieb von Offshore Windparks ist ein tiefes Verständnis der meteorologischen Gegebenheiten unabdingbar. Diese Arbeit widmet sich der Modellierung der marinen atmosphärischen Grenzschicht unter besonderer Berücksichtigung der Windpotentialprognose. Für die Analyse wurden Daten des Offshore Meßprogramms Rødsand in der Dänischen Ostsee verwendet. Der Kern der Arbeit ist die Untersuchung von verschiedenen mikrometeorologischen Modellen für die marine atmosphärische Grenzschicht in küstennahen Gebieten: Die Möglichkeit einer Erweiterung der Charnock Gleichung zu einer wellenfeldabhängigen Oberflächenrauhigkeit des Meeres und der Einfluß thermischer Effekte des Land-Meer Übergangs auf das vertikale Windgeschwindigkeitsprofil wurden untersucht. Die verschiedenen Modelle wurden in einer Testanwendung zur Extrapolation der Windgeschwindigkeit in der Höhe benutzt. Sie wurden auch mit dem Windpotentialprognoseprogramm WAsP verglichen. <dt.>
For planning and operation of offshore wind farms a profound knowledge of the meteorological conditions is indispensable. This thesis is concerned with modelling the structure of the marine atmospheric boundary layer, with focus on effects, which are important for wind resource assessment. Data from the offshore measurement program Rødsand in the Danish Baltic Sea have been used for the analysis. The core of the work is the investigation of different micrometeorological models for the marine atmospheric boundary layer in the coastal zone: The possibility and significance of extending the Charnock relation to a wave field dependent sea surface roughness has been studied. The influence of thermal effects of the land-sea discontinuity on the vertical wind speed profile has been investigated. The different models have than been used in a test application to extrapolate the wind speed from 10 m to 50 m height. They have also been compared with the standard resource assessment program WAsP. <engl.>
Konfokale Fluoreszenz-Korrelations-Spektroskopie (FCS) ermöglicht über zeitliche Signalfluktuationen, die Dynamik von Biomolekülen zu erfassen. Im Rahmen dieser Arbeit wurden neuartige Mehrfarben-Konzepte kombiniert mit Zweiphotonenanregung entwickelt, die eine Analyse molekularer Wechselwirkungen bei extrem niedrigen Probenkonzentrationen in transparenten Medien erlauben, bis hin zu lebenden Zellen. Diese Methoden bieten erhebliche Vorteile bzgl. Signalqualität und Zellviabilität mit der zusätzlichen Option, zwei spektral verschieden emittierende Fluorophore effizient mit nur einer Laserlinie anzuregen. Unter Einsatz von zwei- und dreifarbig markierten Assays konnten z.B. Protein-Protein-Wechselwirkungen in vitro und in vivo quantitativ verfolgt werden. Die Konzepte eröffnen somit vielversprechende Perspektiven, Michaelis-Menten-Komplexe oder Rezeptor-Komplexe zu charakterisieren, insbesondere im Hinblick auf die Entschlüsselung intrazellulärer Signalübertragung, welches Ziel vieler aktueller biowissenschaftlicher Forschung ist. <dt.>
Confocal fluorescence correlation spectroscopy FCS, as a time-averaging fluctuation analysis, has proved to be a powerful tool for detection and temporal investigation of biomolecules. Within the scope of this work, advanced multi-color concepts combined with two-photon excitation have been developed allowing for analysis of molecular interactions at extremely low concentrations in any transparent microenvironment, including living cells. This technique offers considerable advantages in signal quality and cell viability, along with the ability to simultaneously excite two spectrally distinct fluorophores with a single laser line. Studies on dual- and triple fluorophore assays assessing (reversible) protein-protein interactions are exemplified in vitro and in vivo. This concepts offer bright prospects to characterize Michaelis-Menten complexes or receptor complexes, particularly with regard to decoding intracellular signaling as a goal of many current in vivo studies. <engl.>
Das Thema dieser Dissertation ist die Aufklärung eines neuronalen Korrelats des räumlichen Hörens beim Menschen. Es werden frühe akustisch evozierte Potenziale (FAEPs) und binaurale Differenzpotenziale (BDs) auf Stimuli mit interauralen Differenzen in Zeit (ITD) und Pegel (ILD) gemessen und analysiert. In Kap. 2 wird der Vorteil der Analyse der Rohdaten zur Abschätzung des Restrauschens und des Signal-Rausch-Verhältnisses eines evozierten Potenzials dargelegt. In Kap. 3 wird nachgewiesen, dass FAEP- und BD-Amplituden mit der Lateralisation der Stimuli korrelieren, aber nicht allein mit den interauralen Parametern. Kap. 4 behandelt die Dipolquellenanalyse von Vielkanalmessungen der FAEP auf lateralisierte Clicks. Die Momenttrajektorien eines rotierenden Dipols korrelieren nicht mit ITD oder ILD allein, sondern mit der psychophysikalischen Lateralisation, die durch die Kombination beider Parameter hervorgerufen wurde. Dies deutet auf eine Extraktion der Lateralisation einer Schallquelle im Hirnstamm hin. In Kap. 5 wird gezeigt, dass binaurale FAEPs und BDs größere Amplituden für Chirps mit steigender Momentanfrequenz als für Clicks aufweisen. Das konstante Amplitudenverhältnis BD zu FAEP deutet auf eine hauptsächlich kontralateral inhibitorische und ipsilateral exzitatorische binaurale Interaktion hin. <dt.>
The objective of the present thesis is to elucidate a neural correlate of spatial hearing in humans. Auditory brain stem responses (ABRs) and binaural difference potentials (BDs) to stimuli with interaural differences in time (ITD) and level (ILD) are measured and analyzed. In chap. 2 the advantage of using information from the raw data of a measurement to accurately estimate the residual noise and the signal-to-noise ratio of an evoked potential is demonstrated. In chap. 3 it is shown that the amplitudes of ABRs and BDs rather correspond to the lateralization of the stimuli than to the interaural parameters. Chap. 4 deals with the dipole source analysis of multi-channel ABR data to lateralized clicks. The moment trajectories of a rotating dipole do not correlate with a single interaural cue alone, but with the psychophysical lateralization caused by the combination of both cues indicating an early extraction of the lateralization of a sound source. In chap. 5 it is shown that binaural ABRs and BDs have larger amplitudes for rising frequency chirps than for clicks. The constant amplitude ratio between BDs and binaural ABRs supports the hypothesis that binaural processing is predominantly contralateral inhibitory and ipsilateral excitatory. <engl.>
Resonatorintern frequenzverdoppelte Festkörperlaser besitzen insbesondere im spektralen Bereich von grün bis blau ein beträchtliches technisches Potential. Der wichtigste Grund dafür ist der hohe Wirkungsgrad, der sich durch die resonatorinterne Frequenzverdoppelung erzielen läßt. Ein aus technischer Sicht unerwünschter Nebeneffekt der resonatorinternen Frequenzwandlung sind starke zeitliche Fluktuationen der Ausgangsleistung. Verursacht wird dieses nichtlinear-dynamische Phänomen durch das Zusammenspiel der Modenkopplung im nichtlinear optischen Kristall mit dem räumlichen Lochbrennen im optisch aktiven Material des Lasers. Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein klassisches elektronisches Regelverfahren zur Stabilisierung der Ausgangsleistung eines resonatorintern frequenzverdoppelten Nd:YAG-Lasers entwickelt, technisch implementiert und theoretisch fundiert. Darüber hinaus wurden die dynamischen und die optischen Phänomene des Lasers systematisch erfaßt und mit den entsprechenden Vorhersagen eines klassischen Ratengleichungsmodells verglichen. <dt.>
Intra-cavity frequency doubled solid state lasers have a remarkable technical potential in particular at the spectral range of green to blue. The most important reason for that is the high efficiency achievable using the intra-cavity frequency conversion. From the technical point of view there is an unwanted effect of the intra-cavity frequency conversion appearing in strong fluctuations of the output intensity. This nonlinear-dynamical phenomenon is caused by an interaction of mode coupling into the nonlinear optical crystal and the spatial hole burning into the laser media. Within the scope of this thesis a classical feedback control for stabilization of the output intensity of an intra-cavity frequency doubled Nd:YAG-laser was developed, implemented and theoretically funded. Furthermore the dynamical and optical phenomena of the laser were collected systematically and compared to the corresponding predictions of a classical rate equation model. <engl.>
Konfokale Fluoreszenz-Korrelations-Spektroskopie (FCS) ermöglicht über zeitliche Signalfluktuationen, die Dynamik von Biomolekülen zu erfassen. Im Rahmen dieser Arbeit wurden neuartige Mehrfarben-Konzepte kombiniert mit Zweiphotonenanregung entwickelt, die eine Analyse molekularer Wechselwirkungen bei extrem niedrigen Probenkonzentrationen in transparenten Medien erlauben, bis hin zu lebenden Zellen. Diese Methoden bieten erhebliche Vorteile bzgl. Signalqualität und Zellviabilität mit der zusätzlichen Option, zwei spektral verschieden emittierende Fluorophore effizient mit nur einer Laserlinie anzuregen. Unter Einsatz von zwei- und dreifarbig markierten Assays konnten z.B. Protein-Protein-Wechselwirkungen in vitro und in vivo quantitativ verfolgt werden. Die Konzepte eröffnen somit vielversprechende Perspektiven, Michaelis-Menten-Komplexe oder Rezeptor-Komplexe zu charakterisieren, insbesondere im Hinblick auf die Entschlüsselung intrazellulärer Signalübertragung, welches Ziel vieler aktueller biowissenschaftlicher Forschung ist. <dt.>
Confocal fluorescence correlation spectroscopy FCS, as a time-averaging fluctuation analysis, has proved to be a powerful tool for detection and temporal investigation of biomolecules. Within the scope of this work, advanced multi-color concepts combined with two-photon excitation have been developed allowing for analysis of molecular interactions at extremely low concentrations in any transparent microenvironment, including living cells. This technique offers considerable advantages in signal quality and cell viability, along with the ability to simultaneously excite two spectrally distinct fluorophores with a single laser line. Studies on dual- and triple fluorophore assays assessing (reversible) protein-protein interactions are exemplified in vitro and in vivo. This concepts offer bright prospects to characterize Michaelis-Menten complexes or receptor complexes, particularly with regard to decoding intracellular signaling as a goal of many current in vivo studies. <engl.>
Die Untersuchung der geänderten Defektcharakteristika, die durch beschleunigte Lebensdauertests von ZnO/CdS/Cu(In,Ga)(S,Se)2/Mo Dünnschichtsolarzellen verursacht werden, sind Ziel dieser Arbeit. Der Füllfaktor und die Leerlaufspannung von ungekapselten Testzellen werden durch eine künstliche Alterung im Labor verringert. Diese Alterung wird anhand des 'Damp-Heat' Tests durchgeführt, bei dem die ungekapselten Zellen Luft von 85C Temperatur und 85% relativer Luftfeuchtigkeit für verschiedene Zeitdauern (6h-438h) ausgesetzt werden. Zur Charakterisierung wenden wir temperaturabhängige Kapazitäts-Spannungsmessungen, Admittanzspektroskopie und Transiente Störstellenspektroskopie an. Wir beobachten elektronische Defektzustände, welche eine proportional zur Dauer der 'Damp-Heat' Belastung erhöhte Aktivierungsenergie aufweisen. Wir machen eine kontinuierliche Energieverteilung von Defektzuständen in der Nähe der CdS/Cu(In,Ga)(S,Se)2 Grenzfläche dafür verantwortlich. Die erhöhte Aktivierungsenergie deutet demnach auf eine Verminderung der Bandverbiegung an der Cu(In,Ga)(S,Se)2 Oberfläche hin. Zudem beobachten wir durch die 'Damp-Heat' Belastung induzierte nderungen in den Defektspektren von Volumenstörstellen. <dt.>
The changes of defect characteristics induced by accelerated lifetime tests on solar cells of the heterostructure ZnO/CdS/Cu(In,Ga)(S,Se)2/Mo are investigated. The fill factor and open-circuit voltage of non-encapsulated test cells are reduced after prolonged damp-heat treatment in the laboratory, leading to a reduced energy conversion efficiency. We subject non-encapsulated test cells to damp-heat exposure at 85C ambient temperature and 85% relative humidity for various time periods (6h-438h). We apply temperature-dependent capacitance-voltage measurements, admittance spectroscopy, and deep-level transient spectroscopy. We observe the presence of electronic defect states which showed an increasing activation energy due to damp-heat exposure. We conclude that the response originates from an energetically continuous distribution of defect states in the vicinity of the CdS/chalcopyrite interface. The increase in activation energy indicates a reduced band bending at the Cu(In,Ga)(S,Se)2 surface. We observe changes in the bulk defect spectra due to the damp-heat treatment as well. <engl.>
Birger Kollmeier; Hellmut von Specht; Volker Mellert
Deutsch
graph. Darst..
Hochschulschrift
Das Ziel der vorliegenden Arbeit war die Entwicklung und Erprobung eines elektrophysiologischen Verfahrens zur Abschätzung der Kanaltrennung bei Cochlea Implantaten (CI) mit Multielektrodenträger und der Faktoren, die die Kanaltrennung beeinflussen. Als Grundlage der Untersuchungen zur Kanaltrennung wurden die Refraktäreigenschaften des Hörnerven untersucht, insbesondere unter dem Aspekt geringer Interpulsabstände und niedriger Reizintensitäten. Der Einflu von verschiedenen Parametern auf die Kanaltrennung wurde experimentell ermittelt: Elektrodenabstand, Stimulationsmodus, Reizintensität. Die Ergebnisse ermöglichen die Abschätzung der Anzahl der unabhängigen Kanäle bei CI Patienten. Die experimentellen Befunde wurden mit Modellrechnungen eines räumlichen Nervenzellenmodells verglichen. Die Nervenzellen wurden durch ein modifiziertes Fitzhughmodell beschrieben. Die Ergebnisse zeigten gute bereinstimmung mit den von Effekten genutzt werden, die im Rahmen der gegenwärtigen CI-Systeme nicht experimentell untersucht werden können. <dt.>
The purpose of this study was to develop and validate an electrophysiological method for estimating channel separation of multichannel cochlear implants (CI) and the factors for improving channel separation. As a basis to understand channel separation in high-rate coding strategies the refractory properties of the auditory nerve were investigated, especially the influence of small interpulse intervals and low intensities. The influence of different parameters on channel separation was experimentally investigated: electrode distance, stimulation mode, stimulus intensity. The experimental results offer the possibility to estimate the individual number of independent channels in CI patients. The experimental results are confirmed by simulations with a spatial neuron model to study the excitation of action potentials due to electrical stimulation. Neuron units are described by a modified Fitzhugh model. The results showed general coincidence with the experimental findings and could be used to predict effects which may not be investigated within the given CI systems. <engl.>
Die Untersuchung der geänderten Defektcharakteristika, die durch beschleunigte Lebensdauertests von ZnO/CdS/Cu(In,Ga)(S,Se)2/Mo Dünnschichtsolarzellen verursacht werden, sind Ziel dieser Arbeit. Der Füllfaktor und die Leerlaufspannung von ungekapselten Testzellen werden durch eine künstliche Alterung im Labor verringert. Diese Alterung wird anhand des 'Damp-Heat' Tests durchgeführt, bei dem die ungekapselten Zellen Luft von 85C Temperatur und 85% relativer Luftfeuchtigkeit für verschiedene Zeitdauern (6h-438h) ausgesetzt werden. Zur Charakterisierung wenden wir temperaturabhängige Kapazitäts-Spannungsmessungen, Admittanzspektroskopie und Transiente Störstellenspektroskopie an. Wir beobachten elektronische Defektzustände, welche eine proportional zur Dauer der 'Damp-Heat' Belastung erhöhte Aktivierungsenergie aufweisen. Wir machen eine kontinuierliche Energieverteilung von Defektzuständen in der Nähe der CdS/Cu(In,Ga)(S,Se)2 Grenzfläche dafür verantwortlich. Die erhöhte Aktivierungsenergie deutet demnach auf eine Verminderung der Bandverbiegung an der Cu(In,Ga)(S,Se)2 Oberfläche hin. Zudem beobachten wir durch die 'Damp-Heat' Belastung induzierte Änderungen in den Defektspektren von Volumenstörstellen. <dt.>
The changes of defect characteristics induced by accelerated lifetime tests on solar cells of the heterostructure ZnO/CdS/Cu(In,Ga)(S,Se)2/Mo are investigated. The fill factor and open-circuit voltage of non-encapsulated test cells are reduced after prolonged damp-heat treatment in the laboratory, leading to a reduced energy conversion efficiency. We subject non-encapsulated test cells to damp-heat exposure at 85C ambient temperature and 85% relative humidity for various time periods (6h-438h). We apply temperature-dependent capacitance-voltage measurements, admittance spectroscopy, and deep-level transient spectroscopy. We observe the presence of electronic defect states which showed an increasing activation energy due to damp-heat exposure. We conclude that the response originates from an energetically continuous distribution of defect states in the vicinity of the CdS/chalcopyrite interface. The increase in activation energy indicates a reduced band bending at the Cu(In,Ga)(S,Se)2 surface. We observe changes in the bulk defect spectra due to the damp-heat treatment as well. <engl.>