Degree theses

Aufgrund der Notwendigkeit durch den Klimawandel und der steigenden Nachfrage nach elektrischer Energie im Alltag ist der Umstieg auf alternative Energiequellen nach wie vor einer der wichtigsten Gebiete in der Forschung und Entwicklung. Ein Bereich davon ist die Photovoltaik. Durch Photovoltaik wurde der Nettostromverbrauch in Deutschland 2018 um 8,7% gedeckt. Um diesen Anteil zu steigern, muss zum einen der Ausbau weiter voran getrieben werden und zum anderen die Effektivität und Lebensdauer der bestehenden Anlagen verbessert werden. Diese Arbeit ist Teil des "Forschungsprojektes Bifacial-Monofacial: Steigerung der Energieausbeute von Silizium-Photovoltaik-Modulen" und richtet ihren Fokus auf die Erforschung von Alterungserscheinungen an bifacialen Solarzellen mit Hilfe von spektroskopischen Methoden. Bifacial heißt in diesem Fall, dass die Solarmodule sowohl auf der Vorderseite als auch auf der Rückseite in der Lage sind elektrischen Strom zu produzieren. Bei der herkömmlichen Bauweise ist dies nur auf einer Seite möglich. Weiterhin wird auf den Aufbau und die Vorteile solcher bifacialen Solarzellen gegenüber herkömmlicher Solarzellen im Grundlagenteil näher eingegangen. Der Grundlagenteil erklärt ebenso, warum nur bestimmte Materialien für den Einsatz in einem Solarmodul verwendet werden können und beinhaltet außerdem die Erklärung der verwendeten Messmethoden in ihrer Funktionsweisen und die Ausnutzung bestimmter physikalischer Effekte. Die verwendeten Messmethoden sind UV/Vis-Spektralphotometrie (UV/Vis), Röntgenphotoelektronenspektroskopie (XPS) und Augerelektronenspektroskopie (AES). Der praktische Teil gliedert sich in die Separation von acht Proben aus zwei Solarmodulen in dessen Einzelkomponenten. Ein Modul besteht aus mehreren Zellen. Diese Zellen weisen nach dem Einsatz in der Klimakammer bei 85 ˚C und 85% relativer Luftfeuchte und einem zusätzlich angelegten Potential von -1000V Unterschiede in ihrem Elektrolumineszenzverhalten auf. Des Weiteren besteht die Aufgabe in diesem Teil anhand der spektroskopischen Methoden herauszufinden, was die genauen Ursachen für diesen Unterschied sind.

Diese Bachelorarbeit leistet einen Beitrag zur Klärung der Frage, ob die Diffusion von Wasser auf dem Mars mit einem Sensor des Typs NMR-MOUSE untersucht werden kann. Das Ziel ist es, die Relaxationszeiten T1 und T2 verschiedener Salzlösungen einer Marsboden-Simulation bei niedrigen Temperaturen zu untersuchen. Die verwendeten Salze sind Natrimperchlorat, Magnesiumperchlorat und Natriumchlorid. Die Messungen wurden an einem FFC-Relaxometer bei drei Temperaturen, +20˚C, -20˚C und -42˚C durchgeführt. Die longitudinale Relaxationszeit variierte zwischen einigen Zehntel Millisekunden und einigen Hundert Millisekunden, die transversale Relaxationszeit lag zwischen einigen Zehntel Millisekunden und einigen Millisekunden. Es zeigte sich, dass sich die Relaxationszeiten mit steigender Salzkonzentration verlängern. Dies bekräftigt die These, dass Salze die paramagnetischen Zentren an den Sandkörnern abschirmen, indem sie die Oberfläche dauerhaft bedecken.

In dieser Arbeit werden verschiedene strahlenoptische Modelle zur Beschreibung lumineszierender dielektrischer optischer Mikrokavitäten vorgestellt und verglichen. Dazu werden zunächst in Kapitel 3 die Strahlendynamik und Abstrahlcharakteristik dielektrischer optischer Mikrokavitäten der Limacon- und der Shortegg-Form, welche beide der chaotischen Dynamik unterliegen, mittels des strahlenoptischen Modells untersucht. Für bestimmte Brechungsindizes und Verformungsparameter lässt sich bei diesen Kavitäten eine direktionale Fernfeldabstrahlung feststellen, die durch die dann besonders günstigen Eigenschaften der instabilen Mannigfaltigkeit im stationären Regime bedingt wird. Auf dieser Grundlage wird das Modell auf lumineszierende Kavitäten erweitert. Zur Modellierung lumineszierender Moleküle im Material der Kavität werden hier zwei verschiedene Ansätze verfolgt. In Kapitel 4.1 werden diese zunächst als Strahlung emittierende Punktquellen modelliert, an denen aber weder Reflexion noch Transmission stattfinden kann. Für eine Kavität mit einem lumineszierenden Partikel ergeben sich große von dessen Position innerhalb der Kavität abhängige Unterschiede in der Abstrahlcharakteristik. Obwohl die von der Quelle emittierten Strahlen die Kavität größtenteils nach sehr kurzer Laufzeit wieder verlassen, bietet die gezielte Beeinflussung der Abstrahlung kurz nach der Anregung der Quelle durch deren Positionierung viel Spielraum für technische Anwendungen. Im Falle mehrerer Punktquellen lässt die Positionsabhängigkeit der Abstrahlcharakteristik der Quellen mit steigender Anzahl an Quellen zugunsten einer Angleichung der Abstrahlcharakteristik an die der instabilen Mannigfaltigkeit nach. Dies lässt sich gleichermaßen in der Limacon- als auch in der Shortegg-Kavität beobachten. In Kapitel 4.2 wurden im Rahmen des zweiten Ansatzes die lumineszierenden Partikel durch kreisförmige, ausgedehnte Quellen dargestellt, wobei diese als vollkommen reflektierend oder als dielektrisch betrachtet werden können und somit im Gegensatz zu den Punktquellen neben der Emission von Strahlen auch die Möglichkeit zur Reflexion und Transmission am lumineszierenden Partikel bieten. Ähnlich wie im Falle der Punktquellen stellt man auch hier eine Abhängigkeit der Abstrahlcharakteristik von der Position der ausgedehnten Quelle in der Kavität fest. Die an der Quelle stattfindende Reflexion und Transmission hat jedoch aufgrund der geringen Fläche der Quelle gegenüber der Kavität und der somit geringen Auftreffrate der Strahlen auf die Quelle kaum eine Auswirkung auf die Strahlendynamik und die Fernfeldabstrahlung. Somit liefert diese Methode nur unwesentlich andere Ergebnisse als die Modellierung der luminszierenden Partikel durch Punktquellen. Insgesamt stellt man fest, dass, sofern das konkrete Positionieren eines lumineszierenden Moleküls in einer Kavität technisch realisierbar ist, die lumineszierenden Kavitäten ein erweitertes Einsatzspektrum der optischen Mikrokavitäten als beispielsweise Mikrolaser, Sensoren oder ähnliches bieten.

Die Vielfach-Streutheorie hat bereits viele Anwendungen gefunden. Zum Beispiel können Schallwellen, welche sich durch poröse Medien bewegen, Licht, das von Wassertropfen in einer Wolke gestreut wird, oder auch Röntgenstrahlen, welche an einem Kristall streuen, mit dieser Theorie berechnet werden. Diese Bachelorarbeit beschäftigt sich mit der Anwendung der Vielfach-Streutheorie für die Berechnung elektronischer Strukturen. Dabei wird speziell die Transmission und Reflexion, sowie die Bandstruktur einer Anordnung von Delta-Streuern mit Hilfe mehrerer für diese Zwecke erstellten Programme berechnet. Außerdem werden gestörte Streuanordnungen betrachtet, bei denen die Potentiale und Positionen der Streuer zufällig, für jeden Streuer einzeln, variiert werden.

In der vorliegenden Arbeit werden Phasen von Elektronen-Spins unter- sucht, die bei zyklischen Zeitentwicklungen in Rashba-aktiven, nanoelektrischen und polygonförmigen Halbleiterschleifen auftreten. Diese Phasen setzen sich zusammen aus einem dynamischen, energieabhängigen Teil sowie einer geometrischen Aharonov-Anandan-Phase, die von geometrischen und topologischen Eigenschaften der zurückgelegten Kurve im Parameterraum des entsprechenden Hamiltonoperators abhängt. Im Zuge der Arbeit wird das Verhalten von Schleifen mit einer beliebigen Anzahl von Ecken betrachtet, hierbei wird ein Fokus auf den Grenzfall N &flech; ∞ gelegt, bei dem die Leiterschleife effektiv einem Ring entspricht. Die genutzten mathematischen Methoden sind simpel, sie beruhen im Wesentlichen auf einfachen Spin-Rotationsoperatoren, die jeweils eine Seite der Polygonschleife beschreiben und anschließend miteinander verknüpft werden, um größere Segmente und schließlich die gesamte Schleife zu modellieren. Damit kommt das Modell ohne aufwendige und umfangreiche Störungsrechnungen oder intransparente numerische Simulationen aus. Dennoch ist dieser einfache Ansatz in der Lage, die verschiedenen Phasenkomponenten voneinander zu separieren. Darauf aufbauend, konnten anschließend mithilfe des Landau-Büttiker Formalismus experimentell verifizierbare Interferenzmuster erzeugt werden.