Mit Femtosekundenlaserpulsen erzeugte optische Strukturen im Glasvolumen zum Lichtmanagement in Solarmodulen

Abstract

Diese Arbeit beschäftigt sich mit der laserinduzierten Erzeugung von Beugungsgittern im Deckglasvolumen von Solarmodulen, um auf diese Weise die Lichteinkopplung in diese zu erhöhen. Durch die Bestrahlung mit Femtosekunden(fs)laserpulsen konnten optische Beugungsgitter erzeugt werden, die bis zu 70% des senkrecht einfallenden weißen (300 - 1100 nm) Lichtes in höhere Beugungsordnungen beugen. Simulationen wurden durchgeführt, um optimale Gitterparameter für maximale Beugungseffizienzen zu ermitteln. Durch Vergleich zwischen Experiment und Simulation wurde der laser-induzierte Brechungsindexunterschied ermittelt. Die effizientesten, geblazsten Gitter konnten in ein Miniaturmodul implementiert und somit die Lichteinkopplung erhöht werden. Auf diese Weise wurde der photovoltaische Wirkungsgrad um 1% relativ erhöht. Die optischen Simulationen, der Laserprozess und der Einfluss verschiedener Laserparameter werden ausführlich diskutiert.

This work deals with the fabrication of laser induced diffraction gratings in the cover glass volume of solar modules to increase the light management. Through processing the glass with femtosecond (fs) laser pulses, optical diffraction gratings could be created which diffract up to 70 % of the vertically incident white light (300 - 1100 nm) into higher orders. Optical simulations were performed to determine optimal grating parameters for maximum diffraction efficiencies. The laser induced refractive index change was measured by comparing the simulated with the experimental results. The most efficient, blazed phase gratings were then prepared in the cover glass volume of a miniature solar module thus increasing the light management. This way we were able to increase the photovoltaic efficiency by 1 % relative. The optical simulations, the laser process as well as the influence of different laser parameters on it are discussed in detail.