View/Open - JUWEL - Forschungszentrum Jülich

2.3 Allgemeine Grundlagen der Photovoltaik 35
Lichtführung in Dünnschichtsolarzellen
Ein weiteres wichtiges Konzept zur Reduzierung der Schichtdicken in der Solarzelle
ist die Verwendung von rauen, bzw. texturierten Grenzflächen [112, 113].
Die rauen Grenzflächen sorgen zum einen für eine diffuse Streuung des Lichts in
die Solarzelle hinein und zum anderen bewirken sie einen Lichteinfang durch
die Führung des Lichts in der photovoltaisch aktiven Schicht. Es findet eine
Verlängerung des Propagationsweges des Lichts statt, wodurch die Absorptionswahrscheinlichkeit
merklich erhöht wird. Die Dicke der Schicht kann erheblich
verringert werden, wodurch die Leistungsfähigkeit der Solarzelle erhöht
wird [114]. Die Rauhigkeit einer Oberfläche wird u.a. durch die sogenannte
RMS6-Rauhigkeit [115, 116]
�
�
�
RMS = � 1
N
N
∑ (zi −〈z〉)
i=1
2
(2.45)
beschrieben. Sie gibt die mittlere quadratische Abweichung der Topographiehöhe
z einer rauen Oberfläche von ihrem Mittelwert an. Die Entwicklung und die
Implementierung lichteinfangender Strukturen ist somit eins der wichtigsten
Arbeitsgebiete zur Optimierung von Dünnschichtsolarzellen. Dazu gehört insbesondere
die Untersuchung der Streueigenschaften solcher Strukturen [117,118].
Die maximale Absorptionsverstärkung, die durch Lichtführung in einer Schicht
mit Dicke d in einer Umgebung mit einem Brechungsindex n thermodynamisch erreicht
werden kann, beträgt im makroskopischen Limit 4n 2 [119]. Dies entspricht
der Grenze für die Absorptionsverstärkung, die sich auch aus Argumenten der
geometrischen Optik ableiten lässt [120–122]. Für dünne Schichten reduziert sich
der Faktor auf 2n 2 und für Absorptionen an der Oberfläche auf den Wert n 2 .
6 engl. root mean square