Diese Dissertation fokussiert sich auf die Charakterisierung von a-Si:H/c-Si Solarzellen durch simulierte und quantitative Messungen der Photolumineszenz (PL). Unterschiedliche Passivierungsschichten auf gleichen (p)c-Si Substraten werden bzgl. der Aufspaltung von Quasi-Fermi Niveaus EFn-EFp aus PL Messungen verglichen und so die maximale Voc der Heterostruktur ermittelt. Die effektive Lebensdauer Tau eff,pl und ihre Intensitätsabhängigkeit werden berechnet. Vorteilhaft ist die Verwendung von PL als kontaktlose Methode zur Analyse fortlaufend prozessierter Schichten. Die Ergebnisse zeigen, dass die Interfacedefektdichte Dif in a-Si:H/c-Si die EFn-EFp stark beeinflusst. Der Vergleich der EFn-EFp aus PL mit der Simulation erlaubt die Parameterextraktion für das Interface. Tau eff,pl wächst mit T während die PL fällt. Dies liegt an der Reduktion des Band-Band Rekombinationskoeffizienten für größere T. Simulationen von Ladungsträgerdichten und EFn-EFp zeigen die hohe Sensitivität dieser Variablen für verschiedene Dif bei Voc. Schließlich werden die Unterschiede zwischen PL-I-V Kurven und I-V Kennlinien dieser Zellen analysiert. <dt.>
This thesis focuses on the characterization of a-Si:H/c-Si solar cells by simulated and quantitatively measured photoluminescence (PL). Different passivation layers on identical (p)c-Si substrates are compared in terms of splitting of quasi-Fermi levels EFn-EFp derived from PL, which gives the maximum achievable Voc. Effective lifetime Tau eff,pl and its intensity dependence are also calculated. Using the advantage of PL as a contactless method, consecutively processed layers during device deposition are analyzed. The results show that the interface defect density Dif in a-Si:H/c-Si heterojunctions strongly influences EFn-EFp. The comparison of EFn-EFp from PL with simulation allows the extraction of parameters for the interface. Tau eff,pl increases with temperatures T while PL yield decreases. This is explained by a reduction of the band-band recombination coefficient for higher T. Simulation of carrier densities and EFn-EFp shows the high sensitivity of these variables for different Dif at Voc. Finally, the differences between a PL-I-V-curve and the I-V-characteristics from a-Si:H/c-Si solar cells are analyzed. <engl.>
Im Rahmen dieser Arbeit wurden Verfahren zur Vorhersage der solaren Einstrahlung zur Anwendung in der Solarenergie für einen Vorhersagehorizont bis zu 3 Tagen auf der Basis verschiedener numerischer Wettermodelle analysiert und weiterentwickelt. Dazu wurde das mesoskalige Modell MM5 systematisch auf die Verwendbarkeit zur Strahlungsmodellierung analysiert. Des Weiteren wurde eine im Vergleich dazu besser geeignete Vorhersage der Solarstrahlung vom europäischen Wetterdienst (ECMWF) in Bezug auf die Anwendung optimiert. Die Vorhersagequalität der Verfahren wird über eine detaillierte Genauigkeitsanalyse untersucht. Die optimierte ECMWF-Vorhersage liefert im Vergleich mit bestehenden Verfahren insbesondere für wolkenfreie Fälle bessere Ergebnisse. Ein Schwerpunkt der Analyse ist die Differenzierung von meteorologischen Situationen unterschiedlicher Vorhersagegüte. Neben der Vorhersage der Globalstrahlung wird auch die Direkt- und Diffusstrahlungsvorhersage betrachtet. <dt.>
The aim of this work was to analyse and to develope methods to forecast the surface solar irradiance for solar energy applications with a forecast horizon of up to 3 days based on different numerical weather models. The mesoscale model MM5 was systematically analyzed with respect to its usability for irradiance modelling. Furthermore, a more suitable forecast of the irradiance by the European weather service (ECMWF) has been enhanced for solar energy applications. The accuracy of the forecasting methods were investigated by a detailed quality assessment. The enhanced forecast of the ECMWF achieves, in comparison with existing methods and especially for clear sky situations, improved results. One main focus of the investigation has been the seperation of the forecast accuracy according to the meteorological situation. In addition to the forecast of the global surface irradiance also the forecasted direct and diffuse irradiance was considered. <engl.>
Elektrochemisch abgeschiedenes Zinkoxid ist aufgrund seiner hohen Porosität ein viel versprechendes halbleitendes Material für diverse chemische, optische und elektrische Anwendungen. Durch die Zugabe verschiedener Moleküle während der elektrochemischen Abscheidung kann eine Sensibilisierung und Strukturdirigierung der Filme erreicht werden.Durch temperatur- und beleuchtungsabhängige Messungen der Strom-Spannungskennlinien werden die grundlegenden Ladungstransportprozesse untersucht. Die Charakterisierung der Elektrodenmorphologie erfolgt durch optische und rastersondenmikroskopische Methoden. Die elektrische Leitfähigkeit der Zinkoxidfilme lässt sich als ein thermisch aktivierter Prozess verstehen, der durch elektronische Übergänge vom Valenzband des Zinkoxids in zwei Störstellenniveaus erklärt werden kann. Das nichtlineare Strom-Spannungsverhalten kann durch raumladungsbegrenzte Ströme erklärt werden. Das Material zeigt persistente Photoleitfähigkeit mit Halbwertszeiten im Bereich von mehreren Stunden, die durch relaxierende Oberflächenzustände verstanden werden kann. <dt.>
Electrochemically deposited zinc oxide is a promising electrode material for various electrical, chemical, and optical applications. The addition of different molecules during the electrochemical deposition has a sensitizing and structure directing influence on the electrodes obtained. The fundamental charge transport properties are investigated by means of temperature and illumination dependent measurements of the current-voltage characteristics. Different optical and scanning probe microscopy methods are used to characterize the electrode morphologies. The electrical conductivity can be seen as a thermally activated process, which can be interpreted by means of electronic transitions from the valence band to shallow impurity levels. The current-voltage characteristic can be explained by a space-charge-limited current model with traps distributed in energy. The material shows persistent photoconductivity with time scales in the range of hours. The photoconductivity transients follow a stretched exponential law, which can be attributed to a lattice relaxation of surface states. <engl.>
Die vorliegende Arbeit enthält Untersuchungen zur Photodesorption zweiatomiger Moleküle von Metalloxidoberflächen. Die Methode eines Surrogate Hamiltonian erlaubt dabei eine mikroskopische Modellierung der An- und Abregungsprozesse. Die Bewegung des adsorbierten Moleküls wird quantenmechanisch mithilfe zeitabhängiger Wellenpaketdynamik behandelt. Um effiziente Simulationen der dissipativen Quantendynamik beim Photodesorptionsprozesses am System NO/NiO(100) zu realsieren, wurde ein systematisches Parallelisierungskonzept entwickelt. Die Implementation ermöglicht die Nutzung paralleler Rechentechnik für die Simulationen. Die erhaltenen Desorptionswahrscheinlichkeiten und Geschwindigkeitsverteilungen stimmen qualitativ mit den experimentellen Messungen überein. Durch einen detaillierten Vergleich mit Rechnungen im Rahmen einer stochastischen Wellenpaketmethode kann der Einfluss der expliziten Behandlung der An- und Abregungsprozesse analysiert werden. <dt.>
In this thesis, the photodesorption process of diatomic molecules from metal oxide surfaces was investigated. The microscopic description of the excitation-deexcitation cycle can be realized within the Surrogate Hamiltonian approach. The motion of the adsorbed molecule is treated within the framework of quantum mechanical wave packet dynamics. To perform calculations of dissipative quantum dynamics of the photodesorption on the exemplary adsorbate-substrate system NO/NiO(100), a massively parallel implementation was introduced. With the new implementation, the calculations can be performed on parallel computing power. The calculated desorption probabilities and velocity distributions are in qualitative agreement with experimental data. The influence of the explicit treatment of the excitation-deexcitation cycle on the observables was explored by a systematic comparison with calculations based on a stochastic wave packet scheme. <engl.>
Plastiksolarzellen können zu einer sauberen Energieproduktion beitragen. Die Vision ist, daß Plastiksolarzellen die direkte Umwandlung von Sonnenlicht in Strom ermöglichen, wobei sie günstig und großflächig produziert werden können, ohne daß die Produktion selbst einen negativen Einfluß auf die Umwelt hätte. Besonders die Bulk Heterojunction Solarzellen, bei denen die aktive Schicht aus einer Mischung von konjugierten Polymeren oder konjugierten Polymeren mit organischen Molekülen besteht, versprechen schnell die Anforderungen für eine Kommerzialisierung zu erfüllen. In dieser Arbeit werden zwei Kriterien der Kommerzialisierung untersucht: die Effizienz der Energieumwandlung und die Lebenszeit der Solarzellen. Für die Untersuchungen werden zwei Modelle benutzt, die die Simulation der Strom-Spannungs-Kennlinie erlauben und einen Zusammenhang zwischen Produktionsparametern und Effizienz herzustellen ermöglichen. Diese Zusammenhänge werden in verschiedenen Experimenten geprüft und Versuche unternommen, die Effizienz zu steigern. Die Lebenszeit der Bulk Heterojunction Solarzellen wird im Betrieb und bei erhöhter Temperatur ermittelt und die Mechanismen der Degradation werden mit den Modellen analysiert. <dt.>
Plastic solar cells have attracted enormous attention due to their potential in attributing to the energy production, being light weighted, flexible and produced in a cheap and environmentally friendly way. Especially the bulk-heterojunction solar cells, consisting of blends of conjugated polymers or of conjugated polymers and small molecules, are promising for this purpose. In this thesis the power conversion efficiency and lifetime of bulk heterojunction solar cells are analyzed. The electrical and optical losses are investigated for one representative material combination using two models for the bulk heterojunction solar cells. These models allow the simulation of current-voltage characteristics of the solar cells. The deficiencies of the bulk heterojunction are analyzed and experiments for enhancing the efficiency are tested. The lifetime of bulk heterojunction solar cells is analyzed under working condition using elevated temperature for accelerating the degradation. The degradation mechanisms are analyzed using the two models. <engl.>
In der vorliegenden Arbeit wird ein neues konfokales Messverfahren zur ortsaufgelösten Fluoreszenzlebensdauer-Messung im Femtosekunden-Zeitfenster vorgestellt. Proben werden mit Hilfe eines Titan:Saphir-Lasers durch Zwei-Photonen-Absorption angeregt. Die Lumineszenzintensität wird direkt in einem dreidimensionalen rastermikroskopischen System mit sehr hoher zeitlicher und sehr genauer Ortsauflösung bestimmt. Durch die Konfokalität des Meßplatzes lassen sich ultraschnelle Dynamiken und Relaxationen angeregter Zustände an gelösten und mikroskopisch strukturierten festen Proben bestimmen. Eine Modifikation des Aufbaus erlaubt zusätzlich Messungen in Transmissionsanordnung. Durch die Zwei-Photonen-Anregung sind Lumineszenzmessungen in tieferen Probenschichten im therapeutischen Fenster von 600nm bis 900nm möglich. Das Meßverfahren beruht auf der Up-Conversion-Technik, die um eine aus dem invertierten zeitkorrelierten Einzelphotonenzählen abgeleitete Methode erweitert ist. Die aus der Reduktion der Rauschsignale resultierende Verbesserung der Meßempfindlichkeit ermöglicht Untersuchungen an Proben mit sehr geringer Fluoreszenzintensität. Es werden Ergebnisse von Messungen an ausgewählten Farbstoffen in verschiedenen Lösungen, kristallisierten Formen und als Adsorbate an TiO2-Nanopartikeln präsentiert. Umfangreiche Untersuchungen des Farbstoffs Malachitgrün und anderer Triphenylmethanfarbstoffe zeigen die Leistungsfähigkeit der Apparatur. Zur exakten Charakterisierung des Signalverlaufs ist es notwendig eine unabhängige Apparatefunktion zu bestimmen. Dazu werden verschiedene Wege aufgezeigt und Entfaltungsalgorithmen vorgestellt. <dt.>
This thesis presents a new confocal system with high spatial resolution for fluorescence lifetime spectroscopy in the femtosecond time-scale. A Titan:Saphir-laser stimulates the two-photon absorption of the samples. The luminescence-intensity is directly determined in a three-dimensional raster-microscopic system with very high temporal and very exact local resolution. The confocal arrangement of the system allows to measure ultrafast dynamics and excited states relaxations of solutions and microscopically structured samples. Transient fluorescence spectroscopy is feasible by less modifications of the system. By using the therapeutic window from 600nm to 900nm the two-photon excitation makes it possible to detect luminescence in different layers of a sample. The measuring procedure is based on the Up-Conversion technique. This procedure is extended by a method derived from the inverted time-correlated single photon counting. Actual noise reduction allows to analyse very low fluorescence intensity signals. Results are presented for well-chosen dyes in different solutions, crystallized forms and as adsorbates at TiO2-nano-particles. Extensive investigations of malachite green and other triphenylmethan dyes demonstrate the efficiency of the equipment. It is necessary to determine an independent apparatus function for detailed signal characterisation. In addition different ways are pointed out and the development of deconvolution algorithms are shown. <engl.>
Diese Arbeit behandelt statistisches 'Cocktail Party Processing': Lokalisation, Verfolgen und Hervorhebung von Stimmen in Sprachlärm oder nichtstationären Störgeräuschen mit hohem Pegel. Als Strategien dienten die Verbindung binauraler und spektro-temporaler Information, die Kombination von Merkmalen über Frequenz und Zeit anhand eines probabilistischen Ansatzes, und die Behandlung von Sprache als mehrdimensionales statistisches Signal. Hierzu wurden Bayes'sche Schätzverfahren, Sequenzielle Monte Carlo Methoden, und die statistische Auswertung von Sprachdatenbanken verwendet. Drei, teilweise in Echtzeit ausführbare, on-line Algorithmen wurden entwickelt. Sie erlauben eine robuste, effiziente und exakte Lokalisation von Schallquellen selbst bei niedrigen Signal-Rausch-Abständen (SNR) und Verfolgung und Trennung von Stimmen mit Konvergenzzeiten zwischen 50 und 200 ms. Der mehrdimensionale statistische Ansatz ermöglicht es, akustische Szenen bei niedrigen SNR zu analysieren. <dt.>
This work focuses on 'statistical cocktail party processing': localization, tracking, and enhancement of voices in concurrent speech or in high levels of nonstationary noise. Key strategies are to link binaural and spectro-temporal information, to combine cues across frequency and time by a probabilistic approach, and to treat speech as a multidimensional stochastic signal, using a priori knowledge about it. To implement these, Bayesian estimation, sequential Monte Carlo methods, and statistical evaluation of speech databases are used. Three on-line algorithms are developed and tested, which run partly in real-time. They allow for a robust, efficient and exact sound localization even at low signal-to-noise ratios (SNRs), and successful tracking and separation of voices with convergence times between 50 and 200 ms. The multidimensional statistical approach allows to analyze acoustical scenes at low SNR, showing that the described strategies might help to interpret auditory processing. <engl.>