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 Meplatzes 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.>
Die Herstellung von Polymer-Fulleren Solarzellen ist relativ günstig und unaufwendig. Es werden die Transporteigenschaften des Polymers P3HT, des Fullerens PCBM und von P3HT:PCBM Kompositen in verschiedenen Verhältnissen untersucht. Die Energiebarrieren an den Grenzflächen werden mit Hilfe der Fowler-Nordheim- bzw. des Richardson-Schottky-Modells abgeschätzt. Im Fall ohmscher Kontakte ist der Strom durch die geringe Beweglichkeit von P3HT begrenzt. Die Störstellendichte wird dann aus der Theorie der raumladungsbegrenzten Ströme (SCLC) ermittelt. Der Wirkungsgrad einer P3HT:PCBM- Solarzellen wird durch einen Temperschritt erhöht, und es kommt zur Kristallisation von PCBM. Die optimale Exziton-Aufspaltung tritt bei einem homogenen P3HT:PCBM Gewichtsverhältnis von 1:1 auf, was einem Verhältnis von sechs P3HT Monomer-Einheiten zu einem PCBM Molekül entspricht. Abweichungen hiervon haben Abschirmungseffekte zur Folge, die zu einer Senkung der Effektivität der Exziton-Aufspaltung führen. <dt.>
Manufacturing polymer-fullerene solar cells can be less expensive and less complicated as compared to inorganic solar cells. We studied transport properties of the polymer- poly3(hexyl-thiophene) (P3HT), fullerene - [6,6]-phenyl-C61 butyric acid methyl ester (PCBM), and P3HT:PCBM blends of selected ratios. Interface potential barriers were estimated from Fowler-Nordheim and /or Richardson-Schottky emission theories. In case of ohmic contacts, the current conduction was found to be limited by the low mobilty of P3HT. Trap density was estimated from a space charge limited current model with traps distributed exponentially within the band gap. The efficiency of P3HT:PCBM solar cells improves after thermal annealing, which results in crystallisation of PCBM within the blends. The optimum P3HT:PCBM weight ratio of 1:1 corresponds to 6 monomer units of P3HT per molecule of PCBM. Extra amounts of either material introduce shielding effects which reduce exciton- splitting efficiency. <engl.>
In der vorliegenden Arbeit wird eine Serie von CdTe-Solarzellen untersucht, die nach dem Aufbringen der CdTe-Schicht 0, 5, 10, 15, 27 und 45 min in einer Chlor/Stickstoff-Atmosphäre behandelt wurden. Nach 10 min Behandlungsdauer (Aktivierung) ist dabei ein starker Wirkungsgradanstieg zu verzeichnen. Zur Klärung der dabei in der Zelle ablaufenden Vorgänge und zu ihrer Charakterisierung wurden temperaturabhängige Kapazitäts-Spannungs-, Kapazitäts-Frequenz-, DLTS- und Strom-Spannungs-Messungen durchgeführt. Es wird gezeigt, wie die besondere Beschaffenheit des Rückkontakts der CdTe-Zelle bei den jeweiligen Messungen zu berücksichtigten ist. Anhand der kapazitiven Messungen wird auf eine durch die Aktivierung gesteigerte Dotierungskonzentration des CdTe auf Werte im Bereich 2 · 1014 cm-3 geschlossen. Die bei den Kapazitäts-Frequenz-Messungen gefundenen typischen Stufen werden hinsichtlich ihrer Ursache diskutiert. Die Betrachtung der Strom-Spannungs-Messungen ergibt keinen merklichen Beitrag der Rekombination an der CdS/CdTe-Grenzfläche zum Vorwärtsstrom der Zelle. Zur Erklärung der gemessenen temperaturabhängigen Verläufe der Idealität und der Aktivierungsenergie des Vorwärtsstroms werden verschiedene Varianten der Volumen-Rekombination diskutiert. Mögliche Auswirkungen eines Tunnelstrombeitrags auf die Verläufe bei reiner Volumen-Rekombination werden theoretisch behandelt und ausgeschlossen. Die Steigerung des Wirkungsgrads wird im Wesentlichen auf die Abnahme des Sperrsättigungsstroms I0 zurückgeführt. Aus diesem wird die Größenordnung der Lebensdauer von Überschussladungsträgern für aktivierte Zellen zu 10 ns bestimmt. Abschließend wird die Temperaturabhängigkeit des Stroms im Sperrbereich der Rückkontaktdiode diskutiert. <dt.>
In this thesis a series of CdTe solar cells is investigated. These cells were treated in a nitrogen/chlorine atmosphere for 0, 5, 10, 15, 27 and 45 min after deposititon of the CdTe layer. After 10 min of treatment (the so called activation) a strong enhancement of cell efficiency is noticed. Temperature dependent capacitance-voltage, capacitance-frequency, deep level transient spectroscopy and current-voltage measurements were carried out to clarify cell internal processes during activation and to characterize the cells. It is shown how the special composition of the back contact of the CdTe cell has to be considered for the respective measurements. From the capacitance measurements an increase in doping concentration of the CdTe due to activation is concluded. Reached values are in the range of 2 · 1014 cm-3. Typical steps were found in the capacitance-frequency measurements and are discussed with regard to their cause. Regarding the current-voltage measurements it is shown that a noticeable contribution of recombination at the CdS/CdTe interface to the forward current of the cell can be excluded. To explain the measured temperature dependent curve progressions of ideality and activation energy of the forward current different variants of bulk recombination are discussed. Possible effects of contributions from tunneling currents on the curve progressions of pure bulk recombination are treated theoretically and excluded. The increase in efficiency is mainly put down to a reduction in saturation current I0. From this the lifetime for excess charge carriers for the activated cells is appointed to the order of 10 ns. Finally the temperature dependence of the current in the reverse bias region of the back contact diode is discussed. <engl.>
Der Einfluss von Gallium auf die Defekte in Kupferindiumdiselenid basierten Solarzellen wird untersucht. Es sollte festgestellt werden, ob tiefe Störstellen für den nur sublinearen Anstieg der Leerlaufspannung mit zunehmender Bandlückenenergie für Bauelemente mit molarem Gallium zu Gallium plus Indium Verhältnis (GGI) größer als 0.3 verantwortlich sind. Dazu wurden Proben mit unterschiedlichem GGI mittels Deep Level Transient Spectroscopy und Admittanzspektroskopie (DLTS und AS) untersucht. Für die Solarzellen mit gemischten Absorberkompositionen (0 < GGI < 1) werden prinzipiell dieselben Defektspektren gefunden. Es kann also kein grundsätzlicher Einfluss der Volumendefekte auf den 'Einbruch' der Leerlaufspannung festgestellt werden. Des weiteren wurden mittels DLTS einige bemerkenswerte Eigenschaften des in der Literatur als N1 oder Beta bekannten Defektsignals gefunden. Abhängig von Messparametern wie Rückwärtsspannung, Höhe oder Länge des Spannungspulses wird entweder ein Minoritäten- oder Majoritätensignal oder aber eine Kombination aus beiden Signalen detektiert. Die experimentellen Befunde lassen sich nicht durch zwei unabhängige Defekte erklären. Es werden zwei mögliche Erklärungsmodelle diskutiert. <dt.>
The influence of gallium on the electronically active defects in copper indium diselenide based solar cells is examined. The aim is to clarify whether any detrimental deep levels are responsible for the only sublinear increase in open circuit voltage with increasing band gap for devices with molar gallium to gallium plus indium ratio (GGI) larger than 0.3. A series of samples with different GGI is investigated using deep level transient and admittance spectroscopy (DLTS and AS). For the solar cells with mixed absorber composition (0 < GGI<1) in principle the same defect spectra were found. So the bulk defects are not responsible for the 'break down' in open circuit voltage. Furthermore, for the defect signal known as N1 or beta in literature, some remarkable properties are revealed in DLTS measurements. Depending on the respective measurements conditions like the level of reverse bias voltage, height or length of the voltage pulse, either a minority carrier or a majority carrier defect signal is detected, or even a combination of both. The experimental findings cannot be explained by the overlap of two independent trap signals. Two other possible mechanisms are discussed. <engl.>
Organische Halbleiter haben das Potential ökonomischer in der Herstellung zu sein als herkömmliche anorganische Halbleiter. Grundlegendes Verständnis über Ladungstransport im Material und die Minimierung elektrischer Verluste am Metall-Halbleiterübergang sind wichtig für die Optimierung der Leistung organischer Bauelemente. In dieser Arbeit wurden mit Hilfe von Feldeffekt-Messungen die Transporteigenschaften von organischen Halbleitern untersucht. Mobilitätsmessungen an organischen Feldeffekttransistoren (OFET) in Abhängigkeit der Temperatur und des elektrischen Feldes ist eine gute Methode die Transporteigenschaften organischer Halbleiter zu untersuchen. <dt.>
Organic semiconductors are potentially a cost and energy effective alternative to conventional technologies. The understanding of charge transport in these materials and minimizing electrical losses in organic devices is essential to improve device output. In this thesis the transport properties of charge carriers in solution processed organic semiconductors were investigated via field effect measurements. Measurements of the temperature and electric field dependent charge carrier mobilities in organic field effect transistors (OFETs) is a good method for studying the transport properties in organic semiconductors. <engl.>
Silizium-Nanokristalle (Si-nc) wurden durch laserinduzierte Pyrolyse von Silan hergestellt und auf verschiedenen Substraten in Form von dünnen Schichten abgeschieden. An diesen porösen Schichten wurden das Schichtwachstum, die optischen Eigenschaften, Ladungstransport, Photolumineszenz (PL) und Elektrolumineszenz (EL) untersucht. Ein Modell, das die Si-nc als Kugeln behandelt, die bei Berührung mit anderen Si-nc oder dem Substrat haften bleiben, wurde als Monte-Carlo-Computersimulation implementiert. Aus Simulationen ergab sich ein Wert von 0.86 für die Porosität der Schichten im Grenzfall für unendlich großes Volumen. Durch den Bau von Systemen mit Schichtenfolge kristallines Silizium (p-Typ)/Si-nc/Metall konnte EL erzeugt werden. Abhängig davon, ob die spektralen Verteilungen von EL und PL übereinstimmen, wird Rekombination zwischen quanteneingeschränkten Zuständen oder Rekombination über Zustände, die mit Siliziumdioxid in Beziehung stehen, als Mechanismus der EL vorgeschlagen. <dt.>
Thin films of silicon nanocrystals (Si-nc) were produced by laser pyrolysis of silan and accumulated on various substrates. Layer growth, optical properties, charge transport, photoluminescence (PL) and electroluminescence (EL) were investigated on these porous layers. A stick-ball model for layer growth was developed and implemented by Monte-Carlo computer simulations. A limit value of 0.86 for the bulk porosity of the layers was calculated. The experimentally observed exponent of 1.5 in the power law dependence of the electric conductance on the Si-nc layer areal density was fairly well reproduced by further Monte-Carlo simulations. Severe instabilities in charge transport measurements were detected. EL was achieved from p-type crystalline silicon/Si-nc/metal structures. Depending on whether the spectral distributions of EL and PL agree or disagree, radiative recombination via quantum confined states or recombination via silicon oxide related states is proposed as mechanism of EL. <engl.>
In dieser Arbeit wird ein neuer Ansatz zur Formulierung und Analyse allgemeiner mathematischer Modelle entwickelt. In allgemeinen Modellen werden die Wechselwirkungen zwischen den Zustandsvariablen nicht festgelegt, sondern mit allgemeinen Gleichungen beschrieben. Trotz ihrer Allgemeinheit können solche Modelle im Rahmen der lokalen Bifurkationstheorie analysiert werden. Neben dem allgemeinen Ansatz wird ein konkretes Verfahren für die effiziente Berechnung von Hopf Bifurkationen vorgestellt (das Resultantenverfahren). Ich illustriere die Vorteile der allgemeinen Modellierung mit der Anwendung allgemeiner Modelle auf ökologische Fragestellungen. Die Betrachtung eines allgemeinen Modells für ökologische Nahrungsketten zeigt eine neue Lösung für das bekannte ökologische Anreicherungsparadoxon. Des Weiteren wird gezeigt, dass chaotische Parameterbereiche im Allgemeinen in ökologischen Modellen mit mehr als drei trophischen Stufen auftreten. Die allgemeine Untersuchung von Nahrungsnetzen zeigt, dass sich viele Nahrungsnetze äquivalent zu Nahrungsketten verhalten. Für viele Anwendungen ist es deshalb ausreichend solche Nahrungsnetze als Nahrungsketten zu modellieren. <dt.>
In this thesis a new approach to the formulation and analysis of general models is presented. In general models the interaction between state variables is not restricted to specific functional forms. Instead they are described by general functions. This approach is used to formulate and study models of general food chains and food webs. This work illustrates that general models can be analysed in the framework of local bifurcation theory. In order to compute bifurcations efficiently a mathematical technique, the method of resultants, is derived. Application of the method of resultants and the general modelling approach reveals a new, general solution to the famous paradox of enrichment. Furthermore, the investigation of general models prove that chaotic parameter regions generally exist in systems with more than three trophic levels. The investigation of ecological food webs shows that a large class of food webs behaves qualitatively similar to food chains. Finally, it is shown that the strong form of the famous competitive-exclusion principle only occurs because of certain degeneracies that exist in simple ecological models. <engl.>