Programm Photovoltaik Ausgabe 2009 ... - Bundesamt für Energie BFE
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3/4 Der verbesserte Lichteinfang ist genau dann am Nötigsten, wenn schwach absorbierende Medien verwendet werden. Strukturen aus schwach absorbierenden Medien brauchen für eine hohe Absorbtion aber eine hohe optische Güte. In diesem Bereich hoher Resonanz ist es schwierig, die Maxwell'schen Gleichungen näherungsweise zu lösen, da die Anzahl der Moden zunimmt, die berücksichtigt werden müssen. Daher haben traditionelle Verfahren in diesem Bereich Mühe, genaue Resultate zu erhalten. In Ref [4] wird diskutiert, woraus diese Instabilität genau entsteht, und wie mit ihr am besten umgegangen wird. Des Weiteren sollen Ecken und Kanten bei vorgeschlagenen Strukturen vermieden werden, da sie vielfach schwieriger herzustellen sind, und weil sie die Halbleitereigenschaften beeinträchtigen. Durchgeführte Arbeiten und erreichte Ergebnisse Das Projekt befindet sich im Moment in der Anfangsphase, es wurde offiziell am 1. Oktober 2008 gestartet. Bis jetzt wurden verschiedene Algorithmen und deren Konvergenzverhalten untersucht, und verschiedene Resultate geprüft. Unter anderem konnte so gezeigt werden, dass sich die bessere Konvergenz auch bei schwierigeren Fällen hält, wie zum Beispiel bei komplexem Brechungsindex (vgl. Fig.1). Dies ist numerisch schwieriger, da die entsprechenden Operatoren nicht mehr hermitesch sind, was den Rechenaufwand stark erhöht. Diese Verbesserung der Konvergenz erlaubt es, verschiedene interessante Strukturen einfacher grob zu prüfen, obwohl der Rechenaufwand für zweidimensionale Strukturen massiv zunimmt. Fig.1: Plot des Verhaltens eines Eigenwertes der TM Polarisation, für die Parameter �=400nm, d=1µm, b=0.5, �=-6.1875+1.25i, wo � die Wellenlänge des Lichts, d die Gitterperiode, b das Verhältnis zwischen hoch- und niedrigbrechendem Anteil in der Periode, und � der hochbrechende Brechungsindex sind. Dies entspricht ungefähr dem Verhalten eines Silbergitters bei 400nm. 71/290 Zweidimensionale Nanostrukturen für Silizium-Solarzellen, D. Gablinger, Paul-Scherrer Institut
Bewertung 2008 und Ausblick 2009 Die Resultate 2008 erfüllen die Zielsetzungen: Die wesentlich verbesserte Konvergenz für Fourierentwicklungen ermöglicht die Berechnung der optischen Eigenschaften wesentlich komplizierterer Strukturen, zu denen insbesondere zweidimensionale Beugungsstrukturen gehören. Ein weiteres Ziel 2009 wird sein, die Zusammenarbeit mit dem IMT in Neuchâtel und dem Labor für Mikro- und Nanotechnik am PSI zu verstärken, da diese Institute über die notwendigen Voraussetzungen verfügen, unsere vorgeschlagenen Strukturen experimentell zu realisieren und deren optische Eigenschaften zu messen. Referenzen [1] C. Heine und R. H. Morf: 1995 Submicron gratings for solar energy applications, aus Appl. Opt. 34, 2476–2482, 1995 [2] C. Heine, R. H. Morf and M.T. Gale: Coated Submicron Gratings for Broadband Antireflection in Solar Energy Applications, aus J. Modern Optics, 43, 1371-1377, 1996. [3] E. Popov, D. Maystre, R.C.McPhedran, M. Nevière, M.C. Hutley and G.H Derrick: Total absorbtion of unpolarized light by crossed gratings, Optics Express, 16, 6146, 2008 [4] R. H. Morf: Exponentially convergent numerically efficient solution of Maxwell’s equations for lamellar gratings, aus J. Opt. Soc. Am. A, 12, 1043-1056, 1995. [5] P.Lalanne, G.M. Morris: Highly improved convergence of the coupled-wave method for TM polarization, J. Opt. Soc. Am. A, Vol. 13, No. 4, p. 779, 1996 72/290 Zweidimensionale Nanostrukturen für Silizium-Solarzellen, D. Gablinger, Paul-Scherrer Institut 4/4
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Bewertung 2008 und Ausblick <strong>2009</strong><br />
Die Resultate 2008 erfüllen die Zielsetzungen: Die wesentlich verbesserte Konvergenz <strong>für</strong> Fourierentwicklungen<br />
ermöglicht die Berechnung der optischen Eigenschaften wesentlich komplizierterer Strukturen,<br />
zu denen insbesondere zweidimensionale Beugungsstrukturen gehören.<br />
Ein weiteres Ziel <strong>2009</strong> wird sein, die Zusammenarbeit mit dem IMT in Neuchâtel und dem Labor <strong>für</strong><br />
Mikro- und Nanotechnik am PSI zu verstärken, da diese Institute über die notwendigen<br />
Voraussetzungen verfügen, unsere vorgeschlagenen Strukturen experimentell zu realisieren und<br />
deren optische Eigenschaften zu messen.<br />
Referenzen<br />
[1] C. Heine und R. H. Morf: 1995 Submicron gratings for solar energy applications, aus Appl. Opt. 34, 2476–2482, 1995<br />
[2] C. Heine, R. H. Morf and M.T. Gale: Coated Submicron Gratings for Broadband Antireflection in Solar Energy Applications,<br />
aus J. Modern Optics, 43, 1371-1377, 1996.<br />
[3] E. Popov, D. Maystre, R.C.McPhedran, M. Nevière, M.C. Hutley and G.H Derrick: Total absorbtion of unpolarized light<br />
by crossed gratings, Optics Express, 16, 6146, 2008<br />
[4] R. H. Morf: Exponentially convergent numerically efficient solution of Maxwell’s equations for lamellar gratings,<br />
aus J. Opt. Soc. Am. A, 12, 1043-1056, 1995.<br />
[5] P.Lalanne, G.M. Morris: Highly improved convergence of the coupled-wave method for TM polarization, J. Opt. Soc.<br />
Am. A, Vol. 13, No. 4, p. 779, 1996<br />
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Zweidimensionale Nanostrukturen <strong>für</strong> Silizium-Solarzellen, D. Gablinger, Paul-Scherrer Institut<br />
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