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Projektübersicht

Photon management using luminescent materials and photonic structures

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Projektbeschreibung

Fluoreszenzkonzentratoren können Sonnenlicht auf Solarzellen konzentrieren, wodurch Rohstoffe und Kosten bei der solaren Energiegewinnung gespart werden können. Im Gegensatz zu Linsen- und Spiegelsystemen kann hier neben direkter auch die diffuse Sonnenstrahlung genutzt werden, was die Anwendung in äquatorfernen Regionen ermöglicht. Herkömmliche Fluoreszenzkonzentratoren bestehen aus transparenten Platten, in welche fluoreszierende Farbstoffmoleküle eingebracht werden. So wird eingestrahltes Licht absorbiert und anschließend wieder als Licht längerer Wellenlänge innerhalb der Platte emittiert. Ein Großteil des emittierten Lichts wird durch Totalreflexion in der Platte gehalten und dadurch zu den Kanten der Platten geleitet, wo Solarzellen angebracht werden. Fluoreszenzkonzentratoren arbeiten aber nicht verlustfrei: Da Totalreflexion nur unter flachen Winkeln auftritt, treten etwa 26% des Lichts wieder aus der Platte aus. Die Effizienz wird durch Reabsorption weiter reduziert, wenn ein Teil des Lichts auf dem Weg zur Kante erneut absorbiert wird. So liegen die Wirkungsgrade solcher Systeme derzeit bei ca. 7,1%, zu wenig für eine kommerzielle Anwendung. In diesem Promotionsprojekt untersuchen wir in Zusammenarbeit mit der Fraunhofer ISE und dem Freiburger Materialforschungszentrum das neue Konzept des photonischen Fluoreszenzkonzentrators, um die Verluste zu reduzieren und so die Effizienz zu steigern. Die Idee dabei ist, die fluoreszierenden Farbstoffe in photonische Kristalle einzubetten, um Einfluss auf ihre Emissionscharakteristik zu nehmen: So soll die Richtung der Emission in Richtung der Plattenkanten beeinflusst werden, das Licht also "auf dem direkten Weg zu den Kanten geschickt" werden. Außerdem können photonische Kristalle das Emissionsspektrum verändern, was Verluste durch Reabsorption verringern kann. Wir untersuchen zum einen theoretisch, wie die photonischen Kristalle einen eingebetteten Emitter beeinflussen und quantifizieren diese Effekte durch wellenoptische Berechnungen. Zum anderen werden unterschiedliche photonische Fluoreszenzkonzentratoren hergestellt und charakterisiert, um die Vorhersagen zu überprüfen.

Laufzeit

01.01.2011 bis 31.12.2013

Projektleitung

Prof. Dr. Hans Zappe

Ansprechpartner/in

Johannes Gutmann

Kooperationspartner

Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems ISE (http://www.ise.fraunhofer.de) Freiburg Materials Research Center FMF (http://www.fmf.uni-freiburg.de/)

Finanzierung

Reiner Lemoine Stiftung

Schlagworte

Solar energy, photovoltaics, luminescent solar concentrators, LSC, fluorescence, photonic crystals, photonics
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