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A. Backes, N. Adamovic, G. Meinhardt, U. Schmid:
"Optische Mikrostrukturen in Photovoltaik Modulen";
Vortrag: Mikrosystemtechnik Kongress 2011, Darmstadt; 10.10.2011 - 12.10.2011; in: "Mikrosystemtechnik Kongress 2011 - Proceedings", VDE VERLAG GMBH, Berlin und Offenbach, Bismarckstraße 33, 10625 Berlin, (2011), ISBN: 978-3-8007-3367-5; Paper-Nr. 25, 4 S.

Eine Steigerung der Leistung von Photovoltaikmodulen kann durch eine Effizienzsteigerung der Zellen selbst oder
durch Verminderung der Verluste auf Modulebene erreicht werden. Um den Anteil des Lichtes auf aktive Bereiche der
Solarzelle zu leiten, welcher in üblichen Designs von den Leitebahnen reflektiert werden oder in die Zellzwischenräume
fallen würde, sollen optische Komponenten in den Modulaufbau integriert werden, die bevorzugt mittels Heißprägen
realisiert werden.
Mit Hilfe von systematischen Simulationsreihen wird die Robustheit von mikrotechnisch herstellbaren, optischen Strukturen
gegenüber gängigen Herstellungstoleranzen untersucht. Ferner wird die Effizienz der Optik durch den Einfallswinkel
des Lichts beeinflusst. Allgemein werden Solarmodule der täglichen Sonnebewegung nicht nachgeführt. Aus
diesem Grund wird in der Simulation die Sonnenbahn in ihrem Lauf durch mehrere Quellen nachgebildet. Unter diesen
Bedingungen werden zwei optische Strukturen detailliert untersucht. Einflüsse von Positionierungsfehlern wie Verkippungen,
Schrumpfung und Verrundungen werden betrachtet.
Zusätzlich wird ein alternatives Optikkonzept basierend auf einem Gradienten im Brechungsindex, der in das Verkapselungsmaterial
eingebracht wird, vorgestellt.

An enhanced performance of Photovoltaic Modules can be achieved by increasing the cell efficiency or by lowering the
losses on module level. Basically, output power is lost when a large fraction of the incident light does not reach the solar
cell. Optical elements inside the module shall redirect that light which otherwise would fall on the gap areas between
cells or onto the metallization grid, respectively.
To reduce the losses to a minimum, different designs of optical elements preferentially realized with hot embossing
technique are investigated systematically by means of numerical simulations. Furthermore, typically solar modules do
not trace the sun movement. Since the performance of optical elements is strongly related to the angle under which light
incidents on the surface, the simulation model comprises several light sources, mimicking the daily movement of the
sun. Under these conditions two micromachined, optical structures are evaluated with respect to fabrication tolerances
occurring during hot embossing, such as lateral misalignment, tipping, shrinkage and edge rounding.
Finally, a new concept to realize an advanced optic featuring a gradient in refractive index in the packaging material is
presented.