Solarzellen, auch Photovoltaikzellen genannt, wandeln Sonnenlicht direkt in elektrische Energie um. Die Messung des Wirkungsgrades von Solarzellen erfolgt üblicherweise durch die Bestimmung der einfallenden Sonnenlichtleistung mithilfe eines Radiometers und die Ermittlung der elektrischen Ausgangsleistung am Punkt maximaler Leistung. Dieses Verfahren ist jedoch aufgrund der Abhängigkeit der Zellleistung vom Sonnenspektrum, das sich mit Jahreszeiten, geografischer Lage und Wetterbedingungen ändert, mit Herausforderungen verbunden. Diese Faktoren können in Kombination mit Kalibrierungsfehlern der Radiometer zu inkonsistenten und ungenauen Messungen führen.
Um solche Probleme zu minimieren, verwenden die meisten Hersteller Sonnensimulatoren, um die Effizienz von Solarzellen in kontrollierten Umgebungen zu testen. Diese Simulatoren werden mit Standardzellen kalibriert, deren spektrale Verteilung der des Sonnenlichts unter Standardbedingungen entspricht.
Häufige Fehler beim Testen von amorphen Silizium-Dünnschichtsolarzellen
Einige Labore und Prüfinstitute verwenden kristalline Siliziumzellen als Referenzstandards zur Bewertung von amorphen Silizium-Dünnschichtzellen. Diese Praxis führt häufig zu erheblichen Messfehlern und damit zu Zweifeln an der Leistungsfähigkeit von amorphen Siliziumzellen.
Internationale Normen für die Prüfung von Solarzellen
Um konsistente und zuverlässige Vergleiche zu gewährleisten, definieren internationale Prüfnormen spezifische Bedingungen für die Bewertung von Solarzellen:
Spektrum: AM1.5
Bestrahlungsstärke: 1000 W/m²
Temperatur: 25 °C
AM1.5 bezeichnet das Sonnenspektrum, wenn Sonnenlicht unter einem Winkel, der einem Zenitwinkel von 48,2° entspricht, durch die Atmosphäre tritt.
Für genaue Messungen müssen zwei wichtige Bedingungen erfüllt sein:
Die spektrale Antwort der Referenzzelle und der Testzelle muss innerhalb eines festgelegten Bereichs übereinstimmen. Dies wird typischerweise dadurch erreicht, dass Referenz- und Testzellen aus dem gleichen Halbleitermaterial und mit ähnlichen Herstellungsverfahren hergestellt werden.
Die Lichtquelle im Simulator muss der spektralen Zusammensetzung des AM1.5-Standards möglichst genau entsprechen.
Besondere Überlegungen für amorphe Siliziumzellen
Amorphe Siliziumzellen unterscheiden sich hinsichtlich Material und spektraler Eigenschaften deutlich von kristallinen Siliziumzellen. Für genaue Tests sind folgende Punkte zu beachten:
Bestrahlungsstärkekalibrierung:
Verwenden Sie eine Referenzzelle aus amorphem Silizium, die speziell für die Kalibrierung der Bestrahlungsstärke entwickelt wurde. Die Verwendung von kristallinen Siliziumzellen kann aufgrund spektraler Fehlanpassung zu unbrauchbaren Ergebnissen führen. Selbst bei Verfügbarkeit einer idealen Lichtquelle bleibt die Gewährleistung genauer Ergebnisse in typischen Labor- oder Produktionsumgebungen eine Herausforderung.
Auswahl der Lichtquelle:
Der Sonnensimulator sollte eine Lichtquelle mit einem Spektralbereich zwischen 300 nm und 800 nm verwenden, der dem AM1.5-Spektrum möglichst genau entspricht. Herkömmliche Xenonlampen-Simulatoren weisen häufig ein infrarotreiches Spektrum (800 nm bis 1100 nm) auf, das vom Standard abweicht und dadurch erhebliche Abweichungen verursacht.
Spektrale Empfindlichkeit:
Die spektrale Empfindlichkeit einer Solarzelle beschreibt die Anzahl der Ladungsträger, die pro Photon bei einer bestimmten Wellenlänge erzeugt werden. Amorphe Siliziumzellen weisen einen spektralen Empfindlichkeitsbereich von 400 nm bis 800 nm auf, im Vergleich zu 400 nm bis 1100 nm bei kristallinen Siliziumzellen. Bei der Prüfung amorpher Siliziumzellen mit Simulatoren, die mit kristallinen Siliziumstandards kalibriert sind, trägt das infrarotreiche Spektrum (800 nm bis 1100 nm) zum Stromfluss kristalliner Zellen bei, nicht aber zum Stromfluss amorpher Zellen. Dies führt zu einer erheblichen Unterschätzung des Stromflusses und der Gesamtleistung der amorphen Siliziumzelle.
Darüber hinaus wird die spektrale Empfindlichkeit von amorphen Siliziumzellen von Faktoren wie Vorspannungslicht und Spannung beeinflusst, weshalb es unter nicht standardisierten Bedingungen unerlässlich ist, diese Variablen zu berücksichtigen.
Für präzise Tests von amorphen Silizium-Dünnschichtsolarzellen ist die sorgfältige Kalibrierung der Bestrahlungsstärke, die Auswahl der Lichtquelle und die Ausrichtung des spektralen Ansprechverhaltens unerlässlich. Die Einhaltung dieser Richtlinien gewährleistet zuverlässige Ergebnisse und vermeidet Fehler, die durch ungeeignete Kalibrierungsmethoden entstehen.
