Degree theses

Diese Diplomarbeit wurde bei der Schott Solar AG, Alzenau angefertigt. Das Ziel der Arbeit war es, einen Carrier-Density-Imaging (CDI) Messplatz aufzubauen und über eine temperaturabhängige Lebensdauermessung die Energieniveautiefen von Defekten zu bestimmen. Für diese Messungen wurde in der vorliegenden Arbeit erstmals ein CDI Messplatz pixelweise kalibriert, was eine wesentliche Vereinfachung und eine deutliche Zeitersparnis im Vergleich zur bisher in der Literatur vorgeschlagenen Kalibrierung nach J. Isenberg bedeutet. Vor allem bei wechselnden Umgebungsbedingungen kann somit schnell eine neue Kalibrierung durchgeführt werden. Auch wurde gezeigt werden, dass das CDI Messwerte liefert, welche vergleichbar mit den Werten der MWPCD sind. Der Unterschied liegt vor allem in der Messzeit und in der Ortsauflösung. Mit dem CDI, das vergleichbare Ortsauflösungen wie das MWPCD von etwa 50æm liefert, sind erheblich kürzeren Messzeiten möglich. Des Weiteren wird in der Arbeit dargestellt, dass die temperaturabhängigen Lebensdauern durch Defekte in bestimmten Temperaturbereichen exponentiell beeinflusst werden. Effekte, die zur Bildung der typischen temperaturabhängigen Lebensdauerkurve führen, werden erläutert und theoretisch hergeleitet. Mittels einer verfeinerten SRH-Theorie konnte in dieser Arbeit schließlich über den Anstieg im Arrheniusplot die Energieniveautiefe des vorhandenen Defektes bestimmt werden. Hierzu wurde eine Linearisierung nach Ling und Cheng durchgeführt. Die so ermittelten Energieniveautiefen der Eisenverunreinigung stimmen gut mit den angegebenen Werten aus der Literatur (0,39 eV) überein. Ein Problem der durchgeführten Messungen ist, das über Einzelmessungen nur Angaben über die Energieniveautiefe getroffen werden können, nicht jedoch über die Position des Defektniveaus in der oberen oder unteren Bandlückenhälfte. Auch kann keine Aussage über eine Konzentration von Defekten vorgenommen werden. Somit lässt sich nur zeigen, dass ein Defekt vorhanden ist, dies jedoch schon bei geringsten Konzentrationen, was eine solche Messung sehr wirkungsvoll macht. Man muss allerdings bedenken, dass nur der dominierende Defekt gemessen werden kann.

Der Schwerpunkt dieser Arbeit lag auf der experimentellen Untersuchung des Einflusses der Impulsgruppen im Mehrfachimpulsmodus auf die präzise Mikromaterialbearbeitung. Hierbei wird das Abtragsverhalten an den Materialien Messing, Stahl, Borosilikatglas und Silizium untersucht. - Anstatt, dass die Bearbeitung mit Impulszügen mit einem Impuls, welche einen gleichmäßigen Zeitabstand besitzen, erfolgt, werden Impulse in einer periodischen Sequenz von Impulsgruppen emittiert, sogenannten Mehrfachimpulsen (engl.: Burst). Hierzu werden zwei aufeinander folgende Impulsgruppen in die Gruppe A und B aufgeteilt. Die Anzahl der Laserimpulse in den Impulsgruppen A und B können unabhängig voneinander gesetzt werden. Der Impulsabstand zwischen den Impulsen innerhalb einer Impulsgruppe beträgt 20 ns. - Für die Untersuchungen stand ein ps-Lasersystem mit einer Impulsdauer von ca. 10 ps und einer mittleren Ausgangsleistung bis zu 50 W zur Verfügung, welcher bei einer Wellenlänge von 1064 nm operierte. Die Experimente wurden bei einer konstanten mittleren Ausgangsleistung von 10 W (25 W & Pmax) und konstanter Repetitionsrate (200 kHz, 400 kHz, 500 kHz & 1000 kHz) durchgeführt. Die Anzahl der Laserimpulse in den Impulsgruppen A und B wurde jedoch variiert. - Die Auswertung der Ergebnisse erfolgte mit einem Lichtmikroskop für die Ermittlung der Abtragstiefe, einem Weißlichtprofilometer und einem Rasterelektronenmikroskop für die Bestimmung der Oberflächenqualität. - Für die untersuchten Materialien wurde ein unterschiedliches Abtragsverhalten nachgewiesen: Bei Borosilikatglas werden die besten Abtragsergebnisse im Einzelimpulsmodus erzielt. Dagegen werden bei den Materialien Messing, Stahl und Silizium die höchsten Abtragsraten mit größer werdender Impulsanzahl in beiden Impulsgruppen erreicht.

Ziel der Diplomarbeit war die Verbesserung der Vorderseitenbeschichtung kristalliner mit selektivem Emitter hergestellter Siliziumsolarzellen des Solarzellenherstellers Bosch Solar Energy AG. Diese Vorderseitenbeschichtungen sollten eine gute elektrische Passivierung und Lichteinkopplung gewährleisten, sowie eine elektrische Kontaktierung der Solarzelle nicht verhindern. Dafür wurden verschiedene dielektrische Schichten und Schichtsysteme untersucht und optimiert. Die Passiviergüte der Schichtsysteme wurde mit Hilfe der QSSPC-Messmethode (engl.: quasi steady state photoconductance decay) bestimmt. Bei dieser Methode wird die effektive Lebensdauer der Ladungsträger gemessen und daraus die Emittersättigungsstromdichte bestimmt, welche ein Maß für die Qualität der Passivierung ist. Für die Charakterisierung der Metall-Halbleiter-Kontakte wurde die TLM-Methode verwendet (engl.: transfer length method). Die optischen Eigenschaften der Vorderseite wurden mit Hilfe von Ray-Tracing-Simulationen optimiert. Es stellte sich heraus, dass das optimale Schichtsystem für die elektrische Passivierung nicht dasselbe ist wie für die optimale Lichteinkopplung und für die optimale Kontaktierung. Um einen optimalen Kompromiss zwischen diesen Schichtsystemen zu finden, wurden Solarzellen mit verschiedenen Schichtparametern hergestellt, charakterisiert und sowohl miteinander als auch mit Referenzzellen verglichen. Die Zellen mit den besten Schichtsystemen zeigten deutlich höhere Leerlaufspannungen, Kurzschlussstromdichten, Füllfaktoren und letztendlich Wirkungsgrade als die Referenzzellen. Die in dieser Diplomarbeit bearbeiteten Themen und gefundenen Ergebnisse werden auf ihre Einsetzbarkeit in der zukünftigen Zellproduktion verfolgt.

Die Atmosphäre und in ihr stattfindende Prozesse sind von zentraler Bedeutung für die Gesamtheit aller Lebewesen. Ohne diese die Erde umspannende Gashülle wäre ein Leben auf dem Planeten nicht möglich. Das in der Atmosphäre vorherrschende Klima prägt dabei entscheidend das Verhalten der lebenden Spezien und den ihnen umgebenden Raum. Wesentliche Bedeutung im Klima kommt den Wolken zu. Diese steuern vor allem den Wasserkreislauf und beeinflussen den Strahlungshaushalt der Erde. Sie spielen daher auch eine wichtige Rolle bei der Frage nach einem antropogen verursachten Klimawandel. Aufgrund der hohen Komplexität des Systems Atmosphäre sind jedoch viele Prozesse noch unzureichend verstanden und Gegenstand aktueller Forschung. Im Rahmen dieser Arbeit wurden deshalb Laborexperimente an geladenen mikroskopisch kleinen Tropfen unter atmosphärisch relevanten Bedingungen durchgeführt. Der Fokus der Untersuchungen lag dabei auf dem Verdampfungsverhalten der Tropfen. Zu diesem Zweck wurden Versuche in einem elektrodynamischen Levitator durchgeführt, wodurch es möglich ist die Tropfen freischwebend ohne störenden Oberflächenkontakt zu untersuchen. Mit dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass eine von einem mikroskopischen Tropfen getragene Ladung ebenfalls eine stabilisierende Wirkung auf diesen hat. Die sich einstellende Tropfengröße im Gleichgewicht steigt dabei mit wachsender Nettoladung beziehungsweise wachsender relativer Luftfeuchtigkeit. Ausgehend davon kann geschlussfolgert werden, dass der Tropfenladung eine wesentliche Bedeutung bei der Erhöhung der Lebensdauer von Wolkentropfen in der Atmosphäre zukommt.

Einzelmolekülexperimente ermöglichen neue Einblicke in biologische Prozesse, die mit Messungen an herkömmlichen Systemen mit einer Vielzahl von Molekülen bisher nicht gewonnen werden konnten. In dieser Arbeit wird die Kinetik eines Haarnadelmoleküls mit vier Konformationszuständen mit Zugexperimenten unter Einsatz einer optischen Pinzette experimentell untersucht und theoretisch modelliert. Drei verschiedene Kraftsprünge, die mit Übergängen zwischen den Konformationszuständen einhergehen, werden in den Faltungs- und Entfaltungsvorgängen beobachtet. Mit Hilfe einer Übergangsratentheorie auf Grundlage eines Freien-Energie-Modells für das Haarnadelmolekül werden Wahrscheinlichkeitsverteilungen für die Aufbruchskräfte der einzelnen Übergänge berechnet. Eine gute Übereinstimmung der theoretischen Vorhersagen mit den experimentellen Ergebnissen wird für unterschiedliche Ziehgeschwindigkeiten erzielt.