View/Open - JUWEL - Forschungszentrum Jülich

Wenn man an einem Tag nicht auf irgendeine
Merkwürdigkeit gestoßen ist, war es kein richtiger Tag.
John A. Wheeler
5 Lokale optische Effekte an
texturierten TCO-Oberflächen
Die Untersuchung der Lichtstreuung an texturierten TCO-Oberflächen ist für
die Optimierung einer Dünnschichtsolarzelle unerlässlich. Mikro- und Nanostrukturierungen
sorgen für die erforderliche Streuung des einfallenden Lichts,
wodurch die Lichtführung verbessert und die Effizienz der Solarzelle gesteigert
wird. Der erste Teil des Kapitels stellt die Ergebnisse der NSOM-Messungen an
den stochastisch texturierten ZnO-Oberflächen im Nahfeld vor. Optische Effekte,
die im Nahfeld auftreten, sowie orts- und winkelaufgelöste Untersuchungen
an den Nahfeldmessungen werden gezeigt. Eine abschließende Gegenüberstellung
verschiedener TCOs und eine kurze Diskussion zu ihrem Potential zum
Lichteinfang schließen den ersten Teil ab. Der zweite Teil des Kapitels fokussiert
auf den Übergang ins Fernfeld. Darstellungen, die qualitativ die Propagation
des Lichts zeigen, werden vorgestellt und ihre Bedeutung als Grundlage für
FDTD-Simulationen hervorgehoben.
5.1 Lichtlokalisierungen im Nahfeld
Stochastisch texturiertes ZnO wird in den Dünnschichtsolarzellen standardmäßig
als TCO eingesetzt. Die Untersuchung der optischen Eigenschaften im Nahund
Fernfeld mit Hilfe der optischen Rasternahfeldmikroskopie im Rahmen
dieser Arbeit ist daher von zentraler Bedeutung. Abbildung 5.1(a) zeigt einen
10 μm × 10 μm großen Ausschnitt einer stochastisch texturierten ZnO-Oberfläche,
die unter den im IEF-5 des Forschungszentrum Jülichs üblichen Standardbedingungen
hergestellt wurde. Die Messung ist im Sammlungsmodus in Transmission
mit mehreren Wellenlängen simultan vermessen worden. Der maximale Höhenunterschied
der gezeigten Topographie beträgt ca. 1 μm und entspricht damit auch
dem typischen Durchmesser der Kraterstrukturen. In Abb. 5.1(b) und (c) sind
exemplarisch die Ergebnisse zweier NSOM-Messungen bei einer Wellenlänge von
658 nm bzw. 473 nm gezeigt. Es ist deutlich zu erkennen, dass Kraterränder und
Eckpunkte, an denen mehrere Krater zusammenlaufen, besonders hell erscheinen.
Licht ist besonders an Spitzen lokalisiert, da durch das spitze Zusammenlaufen
der Topographie eine Verstärkung des lokalen elektromagnetischen Felds hervorgerufen
wird [155]. Dieser Effekt ist in der Elektrostatik auch als Spitzeneffekt [26]
bekannt. Somit bewirkt allgemein eine raue Oberfläche eine lokale Erhöhung des
elektromagnetischen Felds. Im Inneren der Krater sind feine periodische Struk-
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