3D-photonische Kristalle für optimiertes Photonmanagement in Silizium-Dünnschichtsolarzellen

Abstract

Im Rahmen dieser Arbeit wird der Einsatz opalbasierter photonischer Kristalle (PhK) im Photonmanagement für Dünnschichtsolarzellen untersucht. Die Integration invertierter Opale als Rückreflektoren in Solarzellen erfolgt hier, um eine Verlängerung des Lichtwegs im Absorbermaterial und so eine Steigerung der Lichtabsorption zu erreichen. Der Fokus liegt zunächst auf der Entwicklung und Optimierung einer neuen Methode zur großflächigen und schnellen Herstellung der opalinen Strukturen, um diese im industriellen Maßstab einsetzen zu können. Danach werden zwei Anwendungen der opalinen Rückreflektoren in Silizium-Dünnschichtsolarzellen vorgestellt. Beide Photonmanagement-Konzepte setzen auf die Kombination einer konformal texturierten Absorberschicht mit dem 3D-PhK-Rückreflektor. Abschließend wird ein Konzept für eine flexible opaline Rückseitenfolie vorgestellt, die separat von der Solarzelle produziert und dann auf deren Rückseite befestigt werden kann.

In this thesis the use of opal-based photonic crystals (PhC) in photon management for thin-film solar cells is investigated. The integration of inverted opals as back reflectors in solar cells is done here in order to elongate the light path in the absorber material and thus increase light absorption. Initially, the focus is on the development and optimization of a new method for the large-scale and rapid production of opaline structures in order to be able to use them on an industrial scale. Afterwards, two applications of opaline back reflectors in silicon thin-film solar cells are presented. Both photon management concepts rely on the combination of a conformally textured absorber layer with the 3D-PhC back reflector. Finally, a concept for a flexible opaline backsheet is presented, which can be produced separately from the solar cell and then attached to its backside.