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Ein am INM entwickeltes Verfahren zur lichtinduzierten Silberabscheidung sollte verwendet werden, um Mikro- und Submikrostrukturen mit optischer Funtionalität für photonische Bauelemente herzustellen. Unter Ausnutzung von Effekten der Oberflächenplasmonenresonanz sollten dabei insbesondere diffraktive Elemente und Wellenleiter gezeigt werden, um daraus eine Plattform für unterschiedliche Anwendungen, wie z.B. optische Sicherheitsmerkmale, aber auch integrierte Optik oder Biosensoren zu entwickeln. Das erwähnte Verfahren beruht auf der durch UV-Licht initiierten Zersetzung eines gelösten Silberkomplexes an einer mit photokatalytischen Anatas-Nanopartikeln belegten Oberfläche. Hierdurch wird unlösliches elementares Silber freigesetzt, das sich am Ort der Belichtung niederschlägt. Diese Silberabscheidung erfolgt zunächst in Form kolloidaler Silbernanopartikel, die mit zunehmender Belichtungsdosis zu leitfähigen Silberflächen zusammenwachsen können. Durch örtliche Modulation der Lichtverteilung kann die Verteilung des Silbers auf der photokatalytischen Grenzfläche mit beugungsbegrenzter Auflösung strukturiert werden. In diesem Vorhaben sollte primär der kolloidale Zustand genutzt werden. Edelmetallkolloide zeigen eine charakteristische Oberflächenplasmonenresonanz, die sich sowohl in einer starken Absorption und Lichtstreuung bei der Resonanzfrequenz als auch in einer Änderung des Brechungsindex des aus kolloidalen Partikeln und der umgebebenden Matrix bestehenden Kompositmaterials äußert. Die durch Strukturierung der Silberverteilung erreichte örtliche Modulation der optischen Materialeigenschaften sollte demnach die Erzeugung photonischer Bauelemente wie z.B. optischer Beugungsgitter erlauben. Da die Änderung des Brechungsindex auch Frequenzbereiche fernab der eigentlichen Resonanzfrequenz betrifft, in denen die durch die Resonanz bedingte Absorption gering ist, sollten auch indexgeführte planare Welleneleiter ("photonische Wellenleiter") auf diesem Weg möglich werden. Zudem sollte die Option, auch strukturierte leitfähige Flächen herzustellen, die Integration mit plasmonischen Wellenleitern erlauben. Das Ziel dieses Vorhabens bestand in der Realisierung der oben skiziierten Möglichkeiten, um die Grundlagen einer neuen Technologieplattform zur Herstellung photonischer Bauelemente zu schaffen. Neben kolloidbasierten Beugungsgittern sollten auch photonische und plasmonische Wellenleiter gezeigt werden und auf dieser Basis Prototypen einzelner anwendungsbezogener Devices hergestellt werden.

Two-dimensional photonic structures such as nanostructured pillar gratings are useful for various applications including wave coupling, diffractive optics, and security features. Two-photon lithography facilitates the generation of such nanostructured surfaces with high precision and reproducibility. In this work, we report on nanopillar diffraction gratings fabricated by two-photon lithography with various laser powers close to the polymerization threshold of the photoresist. As a result, defect-free arrays of pillars with diameters down to 184 nm were fabricated. The structure sizes were analyzed by scanning electron microscopy and compared to theoretical predictions obtained from Monte Carlo simulations. The optical reflectivities of the nanopillar gratings were analyzed by optical microscopy and verified by rigorous coupled-wave simulations.

Cu(ln,Ga)Se2 (CIGS) ist ein Material für Dünnschicht-Solarzellen, mit dem Wirkungsgrade erreicht werden können, die nur wenig unter denen kristalliner Silizium-Solarzellen liegen. CIGS-Dünnschichtmodule auf Glassubstraten sind seit einigen Jahren erfolgreich auf dem Markt. Die Verwendung von Folienmaterial als Substrat verspricht jedoch gegenüber Glas einige Vorteile, einerseits auf der Seite der Herstellungskosten, die durch kontinuierlich von Rolle zu Rolle arbeitende Verfahren deutlich gesenkt werden könnten, andererseits durch eine Erweiterung des Spektrums möglicher Anwendungen, bedingt durch Flexibilität und geringeres Gewicht. Bedingt durch die hohen Temperaturen des CIGS-Herstellungsprozess kommen als Substrat eigentlich nur Metallfolien in Betracht. Das einzige Polymermaterial, das sich (mit starken Einschränkungen) eignet, ist recht teures Polyimid. Metallfolien sind aber entweder ebenfalls recht teuer (Kupfer, Titan) oder aber eine Quelle für Ionen, die in den CIGS-Absorber hineindiffundieren und die Zelleneffizienz beeinträchtigen (Stahl- oder Aluminiumfolie).[...]