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Photonmanagement in Solarzellen

Motivation der Projekte

Im Zusammenhang mit einer nachhaltigen Energieversorgung wird der Photovoltaik eine wichtige Rolle zugewiesen. Sie besitzt von allen erneuerbaren Energien die größten Ausbaupotentiale. Die Schonung von Umwelt und Ressourcen, der Schutz des Klimas und die Verbesserung des Zugangs zu hochwertiger elektrischer Energie in den Entwicklungsländern sind dabei wesentliche Gesichtspunkte. Eine Reduzierung der Kosten der Stromerzeugung durch die Photovoltaik gilt als Schlussel fur eine beschleunigte Markteinführung und Verbreitung dieser zukunftsweisenden Schlüsseltechnologie. Für eine wesentliche Kostensenkung ist allerdings eine signi kante Erhöhung des Wirkungsgrades der Solarzellen und Module erforderlich. Das Design optischer Materialeigenschaften durch die modernen Möglichkeiten der Nanostrukturierung, z.B. durch die Verwendung optischer Nanostrukturen, ist eine Entwicklung, die in den letzten zehn Jahren maßgeblich die Entwicklung der Optoelektronik beeinusst hat. Diese rasante Entwicklung ist jedoch an der Photovoltaik vorbeigegangen, obwohl gerade dieses Teilgebiet der Optoelektronik händeringend nach neuen, praktikablen Konzepten für die Vergrößerung des verfügbaren Spielraums für die Energiewandlungswirkungsgrade sucht. Damit eröffnet sich ein völlig neues Feld für die Entwicklung der Photovoltaik. Aber auch innerhalb der Photonik stellt das Anwendungsgebiet Photovoltaik aufgrund der notwendigen spektralen Breite des zu nutzenden Sonnenspektrums eine besondere Herausforderung dar.

Optische Nanostrukturen für die Photovoltaik

In dieser Gruppe werden Konzepte für das breitbandige Photonmanagement entwickelt und realisiert werden, die die Möglichkeiten der Nutzung optischer Nanostrukturen für die Verbesserung des Wirkungsgrads von Solarzellen grundsätzlich zeigen.

In den letzten Jahren wurden unterschiedliche Konzepte dazu entwickelt und in Projekten erfolgreich umgesetzt:

  • 3D-Photonische-Kristall-Zwischenreflektoren
  • 3D-Photonische-Kristall-Rückseitenreflektoren
  • Schwarzes Silizium
  • Tailored-Disorder-Strutkuren
  • Transformationsoptische Strukturen


Laufende und Abgeschlossene Projekte:

  • DFG-Paketantrag 88 Nanosun (2007-2013)
  • BMBF-Verbundprojekte Nanovolt (2007-2009)
  • BMBF-Verbundprojekt Infravolt (2010-2013)
  • BMBF-Graduiertenkolleg Struktursolar (2011-2018)
  • DFG-Schwerpunktprogramm Tailored Disorder (2015-2018)

Gruppenleiter:
Dr. Alexander Sprafke

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