Öffnet in neuem Fenster Opens in a new window Öffnet externe Seite Opens an external site Öffnet externe Seite in neuem Fenster Opens an external site in a new window

Optische Simulationen

Spectrum - vergrößerte Ansicht

Numerische und experimentelle 1-R Spektren von sinusoidal-texturierten Schichtsystemen;  die hexagonalen Texturen haben 750 nm Periode. Die numerischen Ergebnisse wurden mit zwei Korrekturen berechnet, die sich unterscheiden, da nicht alle Beugungsordnungen in Glas in Luft propagieren können. Simulationsdaten sind für zwei Einfallswinkel gezeigt: θin = 0° (dünne Linien) und θin = 8° (dicke Linien). Die experimentellen Daten wurden für θin = 8° gemessen [5].

Numerische Methoden helfen bei der Entwicklung effektiver Lichtmanagement Architekturen, welche die Leistung von Solarzellen erhöhen. Wir setzen vor allem auf den state-of-the-art zeitharmonischen Finite Elemente Löser JCMsuite, welcher von der JCMwave GmbH entwickelt wird, einer Ausgründung des Zuse Institute Berlin (ZIB). Die Stärke der Finite Elemente Methode (FEM) und der JCMSuite Software sind die herausragende Genauigkeit und Konvergenz, welche vergleichbare Methoden, wie z.B. FDTD, in verschiedenen Benchmarks übertreffen [1].

Die Abteilung Solarenergieoptik ist ein Gründungsmitglied des Berlin Joint Lab for Optical Simulations for Energy Research (BerOSE), welches vom HZB, dem ZIB und der Freien Universität Berlin 2014 gegründet wurde. BerOSE bietet ein ideales Biotop für den Austausch von Experten in 3D-optischen Simulationen mit Wissenschaftler*innen, die in der Synthese von nanostrukturierten Materialien für Photovoltaik, Energiespeicherung oder Photonik arbeiten.

Wir benutzen 3D-optische Simulationen vor allem zum Studium von nanophotonischem Lichteinfang für hoch-effiziente Dünnschicht-Silizium-Solarzellen und zur Untersuchung großflächiger photonischer Kristalle. Des Weiteren tragen wir mit unserer numerischen Expertise zum Helmholtz Innovation Lab HySPRINT bei.

Neben rigorosen Lösern der Maxwellgleichungen, die vor allem zum Studium periodischer Architekturen geeignet sind, haben wir auch umfangreiche Erfahrungen in anderen Simulationsmethoden aufgebaut. Darunter sind die Net-Radiation Methode zum Studium planarer Schichtsysteme [2,3]. Diese kann mit der skalaren Streutheorie für nicht-periodische Nanotexturen [4] und Raytracing für große streuende Strukturen erweitert werden.