Zeitauflösendes Spektrometer mit korrelierter Einzelphotonenzählung

• Fachliche Zuordnung: Physik der kondensierten Materie ; Elektrotechnik und Informationstechnik
• Förderung: Förderung von 2021 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 467133067

Das beantragte Spektrometer soll einer Gruppe der forschungsstärksten Wissenschaftler der Hochschule Anhalt ermöglichen, apparativ fortgeschrittene Forschung im Bereich der Effizienzsteigerung und Zuverlässigkeit von Solarzellen und -modulen zu ermöglichen. Die Forschungsfragestellungen betreffen Materialermüdung, Effizienzverluste in der Technologieentwicklung, Produktion und den Betrieb photovoltaischer Elemente im Feld. Solarzellen sind Halbleiterelemente, die in Polymer-Schutzschichten eingebettet werden und als Module gehandelt werden. Zielstellung ist eine möglichst hohe Ausgangseffizienz, aber auch die Erhaltung dieser Leistung über mindestens 20 Jahre. Diese z.B. Langzeitstabilität ist derzeit im Feldbetrieb noch unbefriedigend und überdies nicht genügend erforscht. Der jährliche Leistungsverlust durch Altersdegradation ist z.T. doppelt so hoch ist wie das zum Erreichen der Garantieleistungen benötigte Maximum. Mit dem beantragten Spektrometer soll u.a. das komplexe Wechselspiel von Halbleiter- und Polymereigenschaften während der Alterung mit realistischen Betriebsbedingungen besser verstanden werden. Wissenschaftliche Beiträge zur verbesserten Lebensdauer sind realistisch zu erwarten. Das vorgeschlagene Spektrometer kann sowohl Polymer- als auch Halbleiteralterung untersuchen. Die Anregung der Proben erfolgt über Laser verschiedener Wellenlängen, die über optische Fasern in ein Mikroskop gleitet und auf den Prüfkörper gelangen. Das Messignal wird im selben Mikroskop gesammelt und über optische Fasern entweder in ein Spektrometer zu zeitkorrelierten Einzelphotonenzählung oder einen Ramanspektrographen geleitet. Die Kombination von Messtechniken über ein Mikroskop mit variablen Ausgängen ermöglicht die Messung der Materialen in ein und derselben Stelle. Die Messungen sind daher nicht von natürlich vorkommenden Materialvariationen oder Inhomogenitäten beeinflusst. Die Laser und die Detektoren sind so gewählt, dass relevante Wellenlängen und Messgeschwindigkeiten sichergestellt sind. Die Kombination der Messtechniken erlaubt eine synergistische Nutzung und gibt in vielen Fällen Informationen, die mit einer einzelnen Technik nicht messbar sind. Das Gerät wird von drei Arbeitsgruppen (AGs) gemeinsam beantragt. Die AG des Hauptantragstellers bringt Erfahrung in den einzelnen Messtechniken, Metrologie, Geräteentwicklung und Labormanagement in die Gruppe ein. Die Ausrichtung der AG ist PV-energieertragsrelevante Metrologie und die Lebensdauer-Energievorhersage für PV Module. Der AG- Leiter ist ein international angesehener Experte der die internationale Forschungsentwicklung im Bereich Zuverlässigkeit von PV Modulen seit Jahren treibt. Er hat Erfahrung sowohl im Halbleiter- als auch Polymerbereich. Die zweite AG beschäftigt sich mit Halbleiterverlustmechanismen und deren Reduktion. Die dritte AG hat einschlägige Erfahrungen in Korrosionserscheinungen und Oberflächenbeschichtungen. Alle AG Leiter sind international führende Wissenschaftler.

• DFG-Verfahren: Forschungsgroßgeräte
• Großgeräte: Zeitauflösendes Spektrometer mit korrelierter Einzelphotonenzählung
• Gerätegruppe: 3161 Fluoreszenz-Korrelationsspektrometer
• Antragstellende Institution: Hochschule Anhalt
• Leiter: Professor Dr. Ralph Gottschalg