Regensburg, Univ., Diss., 2009.

University, Diss., 2002--Bonn.

Die vorliegende Arbeit behandelt das Recycling von Photovoltaikmodulen – speziell aus der Gruppe der kristallinen Siliziumsolartechnologie. Dabei kommt der Analyse grundlegender Zusammenhänge sowie der Generierung einer auch für nachfolgende Forschungsansätze desideraten Datenbasis zentraler Stellenwert zu. Hierfür werden sowohl die technologische, die rechtliche und die ökonomische Ebene auf etwaige prävalierende Hemmnisfaktoren oder die Existenz von hemmenden Restriktionen hin untersucht als auch regionale Fragestellungen und diesbezügliche Rahmenbedingungen adressiert. Ein wesentlicher Aspekt ist dabei insbesondere der Konnex zwischen regionalen Gegebenheiten und der aufgedeckten gegenwärtigen Disproportionalität aus der verfahrenstechnischen Realisierbarkeit und dem realen Anwendungsspektrum betrachtungsrelevanter Recyclingaktivitäten. Um den Untersuchungsgegenstand adäquat zu bearbeiten, wurde ein Prognosemodell zur Prädiktion annueller Altmodulströme auf Basis wissenschaftlicher Erkenntnisse und aktueller Erfahrungswerte entwickelt, welches zudem nach technologischem Ansatz differenziert und regional uneingeschränkt arbeitet. Darauf aufbauend, aus der Modifikation eines finanzmathematischen Entscheidungskriteriums, der Anwendung von Optimierungsansätzen und der Kenntnis potenzieller Veränderungen des grundlegenden Aufbaus eines definierten Standardsolarmoduls infolge produktionskostengetriebener Marktumbrüche konnten letztlich multiple aber szenariengebundene Hemmnisfaktoren identifiziert werden. Aus dem ganzheitlichen Betrachtungsansatz von Produktion und Recycling gelang darüber hinaus eine Kalkulation idealisierter energetischer und materieller Einsparpotenziale eines Recyclingansatzes im Vergleich zur Durchflusswirtschaft. Gleichwohl konnte, basierend auf den Ergebnissen, ein weiterer Forschungsbedarf abgeleitet und empfohlen werden.:INHALTSVERZEICHNIS ...................................................................................... XVII TABELLENVERZEICHNIS .................................................................................. XXV ABBILDUNGSVERZEICHNIS ............................................................................ XXIX ABKÜRZUNGS- UND SYMBOLVERZEICHNIS ........................................ XXXVII 1. EINFÜHRUNG ......................................................................................................... 1 1.1 UNTERSUCHUNGSSCHWERPUNKTE ....................................................................... 2 1.2 FORSCHUNGSBEITRAG UND AUFBAU DER ARBEIT ................................................ 6 1.3 LITERATURANALYSE UND STAND DER WISSENSCHAFT ...................................... 10 1.4 BESTÄTIGUNG DER FORSCHUNGSLÜCKE UND METHODIK .................................. 23 2. PHYSIKALISCHE GRUNDLAGEN ................................................................... 27 2.1 HALBLEITER ....................................................................................................... 29 2.2 EXTRATERRESTRISCHE SONNENSTRAHLUNG ...................................................... 50 2.3 VERÄNDERUNG DES SONNENSPEKTRUMS IN DER ERDATMOSPHÄRE .................. 53 2.4 GLOBALSTRAHLUNG .......................................................................................... 61 2.5 LICHTABSORPTION ............................................................................................. 67 3. SOLARZELLENTECHNOLOGIEN ................................................................... 77 3.1 DER PHOTOVOLTAISCHE EFFEKT ........................................................................ 79 3.2 ÜBERBLICK DER VERSCHIEDENEN TECHNOLOGIEN ............................................ 85 3.3 EVOLUTION DER KRISTALLINEN SILIZIUMSOLARZELLE ...................................... 88 3.4 DÜNNSCHICHTZELLENTECHNOLOGIE ............................................................... 117 4. PRODUKTION ..................................................................................................... 149 4.1 GESCHICHTE DER PHOTOVOLTAIK .................................................................... 153 4.2 MÄRKTE FÜR PHOTOVOLTAIK .......................................................................... 157 4.3 ANTEILE DER TECHNOLOGIEN .......................................................................... 194 4.4 ABGRENZUNG DES WEITEREN UNTERSUCHUNGSRAHMENS .............................. 201 4.5 VOM SILIZIUMDIOXID ZUM KRISTALLINEN STANDARDSILIZIUMSOLARMODUL . 206 4.6 KRITISCHE ROHSTOFFE .................................................................................... 301 4.7 ÜBERSICHT PRODUZENTEN .............................................................................. 311 5. RECYCLING ........................................................................................................ 321 5.1 RELEVANTE EUROPÄISCHE GESETZGEBUNG UND NATIONALE GESETZLICHE RESTRIKTIONEN ............................................................................................... 326 5.2 PROGNOSE DES MÖGLICHEN ALTMODULAUFKOMMENS ................................... 369 5.3 TECHNOLOGISCHE ANSÄTZE UND ERPROBTE VERFAHREN ............................... 456 5.4 ÖKONOMISCHE ASPEKTE .................................................................................. 510 5.5 KONSTRUKTIONSBEDINGTE BEEINFLUSSUNGEN DER ÖKONOMISCHEN ASPEKTE .......................................................................................................... 611 5.6 OPTIMIERUNGSANSÄTZE DER BESCHAFFUNGSLOGISTIK ................................... 629 6. IDENTIFIZIERTE HERAUSFORDERUNGEN UND WEITERER FORSCHUNGSBEDARF .................................................................................... 645 6.1 PROBLEMATIK DER ZEITVERSCHIEBUNG ZWISCHEN PRODUKTIONS- UND RECYCLINGTECHNOLOGIEN .............................................................................. 647 6.2 PROBLEMATIK DER FEHLENDEN VOLUMINA ..................................................... 651 6.3 WEITERE IDENTIFIZIERTE HEMMNISFAKTOREN UND HERAUSFORDERUNGEN ... 655 6.4 REGIONALER NUTZEN AUS DER ETABLIERUNG EINES RECYCLINGNETZWERKES ................................................................................. 675 6.5 VOLKSWIRTSCHAFTLICHE ASPEKTE ................................................................. 683 7. ZUSAMMENFASSENDE SCHLUSSBETRACHTUNGEN ............................ 691 LITERATUR- UND QUELLENVERZEICHNIS ................................................... 700 ANHANG ..................................................................................................................... 730

No description available.

No description available.

Thin-film materials from μm thickness down to single-atomic-layered 2D materials play a central role in many novel electronic and optical applications. Coherent, nonlinear optical (NLO) μ-spectroscopy offers insight into the local thickness, stacking order, symmetry, or electronic and vibrational properties. Thin films and 2D materials are usually supported on multi-layered substrates leading to (multi-) reflections, interference, or phase jumps at interfaces during μ-spectroscopy, which all can make the interpretation of experiments particularly challenging. The disentanglement of the influence parameters can be achieved via rigorous theoretical analysis. In this work, we compare two self-developed modeling approaches, a semi-analytical and a fully vectorial model, to experiments carried out in thin-film geometry for two archetypal NLO processes, second-harmonic and third-harmonic generation. In particular, we demonstrate that thin-film interference and phase matching do heavily influence the signal strength. Furthermore, we work out key differences between three and four photon processes, such as the role of the Gouy-phase shift and the focal position. Last, we can show that a relatively simple semi-analytical model, despite its limitations, is able to accurately describe experiments at a significantly lower computational cost as compared to a full vectorial modeling. This study lays the groundwork for performing quantitative NLO μ-spectroscopy on thin films and 2D materials, as it identifies and quantifies the impact of the corresponding sample and setup parameters on the NLO signal, in order to distinguish them from genuine material properties.

Broadband Coherent Anti-Stokes Raman scattering (B-CARS) is an advanced Raman spectroscopy technique used to investigate the vibrational properties of materials. B-CARS combines the spectral sensitivity of spontaneous Raman scattering with the enhanced signal intensity of coherent Raman techniques. While B-CARS has been successfully applied in biomedicine for ultra-fast imaging of biological tissue, its potential in solid-state physics remains largely unexplored. This work delves into the challenges and adaptations necessary to apply B-CARS to crystalline materials and shows its potential as a powerful tool for high-speed, hyperspectral investigations. The theoretical part of this work covers inelastic light-matter scattering fundamentals and the signal generation process of B-CARS, with special attention given to the so-called Non-Resonant Background (NRB). This sample-unspecific signal amplifies the B-CARS intensity but also distorts the shape and position of the measured spectral peaks. A reliable NRB correction becomes crucial to retrieve precise spectral parameters containing information on the investigated material's crystallographic structure, defect density, and stress distribution. The first results chapter presents a practical guideline for an optimized workflow of sample preparation, measurement procedure, and data analysis. The influences of sample surfaces, focus positioning, and polarization sensitivity are discussed. The successful NRB removal is achieved by adapting an algorithm initially designed for biomedical purposes. The second chapter involves a transnational Round Robin investigating the same set of materials using different experimental setups. The influences of laser source, detection range, and transmission vs. epi detection are explored to optimize the experimental parameters. This work showcases applications such as high-speed, hyperspectral imaging of ferroelectric domain walls in LiNbO3, demonstrating the potential of B-CARS in the cutting-edge field of domain wall engineering. Additionally, imaging and polarization-sensitive measurements are shown for MoO3 flakes, paving the way for B-CARS investigations of 2D materials. The final chapter presents advanced techniques, such as Three-Color CARS and Time-Delay CARS, applied to crystalline materials. Three-Color CARS is especially promising, as it enhances the signal intensity for low-frequency Raman modes, which are particularly interesting for solid-state physics compared to the usual large-shift modes investigated in biomedical research. Meanwhile, Time-Delay CARS is sensitive to relaxation processes of vibrational and NRB states, enabling experimental NRB removal and lifetime measurements. Additionally, a neural network-based NRB removal method is presented, eliminating the need for a prior NRB spectrum and offering rapid computation. In summary, this work demonstrates the successful implementation of B-CARS for crystalline materials and provides a comprehensive guideline for the optimal experimental setup, workflow, and data processing. The application of B-CARS for imaging bulk crystalline materials, ferroelectric domain walls, and 2D structures shows promising possibilities for future research.

No description available.

No description available.

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit Ätzprozessen von alkalischen und insbesondere HF/HNO3-basierten Ätzmedien an Silicium (Si). Es wurden Ätzprozesse an kristallinen (c-Si) und besonders an amorph/kristallinen (a-Si:H/c-Si) Silicium-Strukturen mit Hilfe von in situ Photolumineszenz(PL)-Messungen untersucht. Diese ermöglichen eine Verfolgung der Veränderung der Grenzflächendefektdichte an der c-Si-Grenzfläche während der Ätzprozesse. Es wurde erstmals beobachtet, dass der über Ladungsträgerinjektion von Löchern in das Si ablaufende Ätzprozess in HNO3-reichen, HF/HNO3-basierten Ätzmedien eine temporäre Feldeffektpassivierung an der geätzten Grenzfläche verursacht, welche zu einer Verzögerung des eigentlichen Auflöseprozesses des Si führt. Die Anwendung dieser Ätzmedien erfolgte im Rahmen der Strukturierung von a-Si:H-Schichten auf c-Si zur Realisierung von interdigitierenden Kontaktstrukturen rückseitenkontaktierter a-Si:H/c-Si-Heterosolarzellen. Für diese Ätzprozesse konnte mit Hilfe von in situ PL-Messungen erstmalig eine in situ Prozesskontrolle etabliert werden. Der Ätzprozess kann exakt bei Erreichen der a-Si:H/c-Si-Grenzfläche gestoppt werden, wodurch die ätzbedingte Defektbildung an der resultierenden c-Si-Oberfläche minimiert wird. Als weiterer Themenschwerpunkt wurde eine Photolithographie-freie Nanostrukturierung von a-Si:H/c-Si-Strukturen durch metallkatalysiertes Ätzen (MAE) vorgestellt, wobei MAE erstmals auf a-Si:H angewandt wurde. Anhand von in situ PL-Messungen konnte ebenfalls eine, wenn auch geringere, Feldeffektpassivierung an der geätzten Grenzfläche im Zuge der Injektion von Löchern in das Si durch die katalytisch aktiven Ag Nanopartikel (AgNP) beobachtet werden. Mit den so steuerbaren MAE-Prozessen können a-Si:H-Schichten exakt bis zur a-Si:H/c-Si-Grenzfläche punktuell geöffnet werden. Auf diese Weise wurden p-Typ a-Si:H/c-Si-Heterosolarzellen mit einem punktförmigen Absorberkontakt erfolgreich realisiert. / This dissertation is concerned with wet chemical etching processes of silicon (Si) by alkaline and especially HF/HNO3 based etchants. The etching processes are applied to crystalline (c-Si) and amorphous/crystalline (a-Si:H/c-Si) samples and analyzed by in situ photoluminescence (PL) measurements. These measurements enable a monitoring of changes in the defect density at the c-Si interface during the etching processes. By etching of Si in HNO3-rich HF/HNO3 based etchants, a temporary field effect passivation at the etched c-Si surface by hole injection was established. It was detected by in situ PL measurements for the first time. This effect causes a delay of the actual dissolution of the Si. These etching processes were applied to structure a-Si:H layers on c-Si in order to establish interdigitated contacts for back contacted a-Si:H/c-Si heterojunction solar cells. A process control for that kind of etch back processes was developed for the first time by in situ PL measurements. This method enables an exact termination of the etching processes with the arrival of the etching front at the a-Si:H/c-Si interface. Thus, etching induced defects at the resulting c-Si surface can be reduced. Finally this thesis focuses on the development of a photolithography-free approach for nanostructuring of a-Si:H/c-Si samples using metal assisted etching (MAE). In this context, MAE was applied to a-Si:H for the first time. In situ PL measurements also showed a temporary field effect passivation during MAE due to hole injection by the catalytically active Ag nanoparticles (AgNP). Here, this effect was less distinct because of only punctual etching by the AgNP. These designed MAE processes are used to selectively etch a-Si:H layers exactly down to the a-Si:H/c-Si interface. This process opens new doors to a novel fabrication technique for point contacted heterojunction solar cells. P-type a-Si:H/c-Si heterojunction solar cells with point contacted back surface field are presented.