Jahresbericht 2005 - IPHT Jena

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Die Abteilung Laserchemie arbeitet zum größten
Teil auf dem Gebiet der Solarzellen (Design und
Herstellung) und ist in der Photovoltaik(PV) fest
verankert, in F&E-Fachkreisen (z.B. PVUniNetz
und Solar INPUT) und Industriepartnerschaften
(z.B. Firma Ersol, Erfurt und Antec Solar, Arnstadt).
Herausragendes Projektergebnis im Jahr
2005 ist die produktionsnahe Präparation von
Silizium-Kristallkeimschichten mit einem industrietauglichen
Diodenlasersystem, das neben
einer deutlichen Kapazitätssteigerung durch eine
Laserleistung von 0,7 kW gegenüber 10–20 W
aus einem Ar + -Laser auch eine Kristallkeimvergrößerung
von 0,01–0,1 mm auf 0,1 bis wenige
mm bewirkt (s. Farbbildseite).
In enger Zusammenarbeit mit dem Institut für
Festkörperphysik der Friedrich-Schiller-Universität,
dem MPI für Mikrostrukturphysik, Halle und
der Uníversität Halle ist das neue Arbeitsfeld mit
nanostrukturierten Halbleitern auf eine breitere
Basis gestellt worden. Zu der bereits 2004 etablierten
CVD-Methode sind zur Präparation von
Nanodrähten aus Silizium die Elektronenstrahlverdampfung
und die Laserablation hinzugekommen.
Inzwischen gelingt es, Nanodrähte in
Vorzugsrichtungen wachsen zu lassen (Abb. 4.2).
Die Abteilung Laserdiagnostik hat ihre Methodenvielfalt
um die Frequenzverdopplung (SHG =
second harmonic generation) von Femtosekundenlaserpulsen
an Grenzflächen erweitert (Doktorarbeit
T. Scheidt „summa cum laude“, vgl. auch
Abb. 4.6) und kann damit selbst monomolekulare
Dünnschichten diagnostizieren. Die an optischen
Massivmaterialien erprobten Transmissions- und
Absorptionsmessungen haben mit der Doktorarbeit
von Ch. Mühlig („magna cum laude“) einen
neuen Qualitätsstandard erreicht (Abb. 4.4 und
4.5). Absorptionsmessungen mit Teststrahlablenkung
(LID = laser induced deflection) und die
laserinduzierte Fluoreszenz (LIF) gelingen zunehmend
auch an Dünnschichten und optischen
Komponenten durch Empfindlichkeitssteigerungen
und/oder Konzeptverbesserungen der Messmethoden.
Die Entwicklung des Scheibenlasersystems
(ADL-FT = Advanced Disk Laser für Fallturm)
machte 2005 – in bewährter Zusammenarbeit mit
dem IFSW (Stuttgart) und ZARM (Bremen) –
große Fortschritte. Die Ergebnisse aus den
ersten Fallturm-Abwürfen haben inzwischen zu
Konzeptverbesserungen geführt. Im IPHT gelang
mit diesem Lasertyp auch die kurzwellige Anregung
von OH-Radikalen für die Flammendiagnostik,
in Zusammenarbeit mit dem Bereich
Mikrosysteme auch an Mikroflammen (ca. 5 mm
breit, 35 mm hoch, Abb. 4.7). In Kooperation mit
dem Bereich Optik gelang auch die Laserdiagnostik
an Partikel-„beladenen“ Flammen, die beispielsweise
zur Glassynthese dienen.
LASERTECHNIK / LASER TECHNOLOGY
voltaics R&D community (e.g. PVUniNetz and
Solar INPUT) and in industrial partnerships (e.g.
Ersol company, Erfurt and Antec Solar, Arnstadt).
The prominent success in 2005 consists of the
production relevant preparation of silicon crystalline
seed layers with a laser diode system suitable
for industrial application. Not only was
the throughput increased by using a 0.7 kW
diode laser instead of the previous 10–20 W Ar +
laser but also an enlargement of the crystallite
size from 0.01–0.1 mm to 0.1–several mm was
achieved (cf. coloured page).
In close cooperation with the Institute of Solid
State Physics at the Friedrich-Schiller-University,
the Max-Planck-Institute of Microstructural Physics
at Halle and the University of Halle, the new field
of nanostructured semiconductors has been put
onto an enlarged basis. The CVD method available
in 2004 for nanowire preparation has been
complemented by electron beam evaporation
and laser ablation of silicon. Meanwhile we manage
to grow epitaxial nanowires into preferred
directions (Fig. 4.2).
The Laser Diagnostics section has added frequency
doubling (SHG = second harmonic generation)
of femtosecond laser pulses on surfaces
to its variety of experimental methods (PhD thesis
of T. Scheidt “summa cum laude”, also cf.
Fig. 4.6) enabling to characterize even monomolecular
thin layers. The transmission and absorption
measurement methods established with optical
bulk materials achieved a new quality standard
(PhD thesis of Ch. Mühlig, “magna cum
laude”, also cf. Figs. 4.4 and 4.5). Absorption
measurements with laser induced deflection
(LID) of a probe beam and the laser induced fluorescence
(LIF) now can more and more be
transferred to thin films and optical components
due to sensitivity enhancements and/or improved
concepts of the measurement methods.
The development of the disk laser system (ADL
FT = Advanced Disk Laser for “Fallturm”) showed
– in the experienced cooperation with IFSW
(Stuttgart) and ZARM (Bremen) – much progress
in 2005. The results of the first experiments in the
drop tower meanwhile induced several conceptual
improvements. At IPHT, experiments with this
kind of laser were performed at short wavelengths
suitable to excite OH radicals in flames, in
cooperation with the division for Microsystems
even in microflames (5 mm broad, 35 mm high,
Fig. 4.7). In cooperation with the Optics division
laser diagnostics could be shown for particle
“loaded” flames suitable e.g. for glass synthesis.
Due to the extraordinary efforts of all coworkers
during 2005 the division for Laser Technology
managed to nearly maintain its project funds,
level of publications, and patents in spite of the
tough situation with governmental funds and the