AG Photobiophysik

Photovoltaik bezeichnet die direkte Umwandlung von (Sonnen-)licht in elektrischen Strom. Photonen ausreichender Energie können in Halbleitern Ladungsträger erzeugen, meist wird hier aufgrund der guten Verfügbarkeit Silizium verwendet. Eine Vielzahl von Firmen in Deutschland beschäftigt sich mit der Herstellung solcher Solarmodule. Unsere Arbeitsgruppe befasst sich mit der Entwicklung berührungsfreier Untersuchungsmethoden zur Beurteilung der Zuverlässigkeit von Solarmodulen. Solarzellen müssen aufgrund ihres aufwendigen Herstellungsprozesses eine möglichst lange Gebrauchsdauer haben, um die notwendigen Investitionen zu rechtfertigen. Um dazu Aussagen treffen zu können, werden beschleunigte Alterungsverfahren eingesetzt, die insbesondere die Faktoren: UV-Licht, Feuchte und Temperatur simulieren. Von besonderem Interesse ist es, den Alterungszustand, d.h. eine verbleibende Restlebensdauer möglichst früh und genau vorherzusagen. Wir untersuchen die Auswirkung der genannten Alterungsfaktoren und versuchen den Alterungsprozess mit Hilfe von optischen Methoden zu analysieren. Zur Anwendung kommen die Fluoreszenzspektroskopie am Einbettungspolymer, die Elektrolumineszenz und die Analyse der Feuchteverteilung in den Solarzellen.

Die Elektrolumineszenz ist ein Diagnoseverfahren um den Zustand von Solarzellen beurteilen zu können. Ausgenutzt wird ein physikalischer Prozess, der die übliche Verwendung der Solarzelle umkehrt. Statt aus Licht Strom zu erzeugen wird ein Strom durch die Solarzelle geschickt, der Licht erzeugt. Dies bezeichnet man als Elektrolumineszenz. Da es sich hier um eine Art Umkehrprozess handelt ist die Lichtausbeute durch den angelegten Strom proportional zur Stromausbeute bei Lichteinfall der Solarzelle. Das Lumineszenzlicht wird durch Ladungsträgerrekombination verursacht, die Emissionswellenlänge entspricht daher der Bandlücke des Halbleiters - bei Silizium ca. 1100 nm. Mit einer speziellen, hochempfindlichen CCD-Kamera wird ein ortsaufgelöstes Bild der Solarzelle, bzw. des Moduls aufgenommen. So können z.B. besonders leicht Zellbrüche detektiert werden, durch diese kein Strom mehr in bestimmte Bereiche der Solarzellen fliessen kann und die demzufolge dunkel bleiben.

• Dipl. Phys. Jan Schlothauer

  Telefon: +49 (30) 2093 - 7893

  E-Mail: schlothauer@physik.hu-berlin.de

Um mechanische Spannungen zwischen Glas und Halbleiter zu minimieren und um Lichtreflexion aufgrund von Brechungsindexänderung zu reduzieren sind die Halbleider durch ein Polymer mit dem Glas verklebt. Im Laufe der Degradation eines Photovoltaikmoduls wird dieses Einbettungspolymer zerstört. Dabei entstehen Abbauprodukte, welche nach Anregung mit UV-Licht fluoreszieren. In unserem Messaufbau wird eine Solarzelle oder ein ganzes Modul mit Hilfe eines Lasers angeregt und das Fluoreszenzspektrum aufgenommen. Erstmals konnten wir zeigen, dass die Fluoreszenz in Abhängigkeit von den verschiedenen Alterungsfaktoren deutlich zu unterscheidende Charakteristika aufweist. Unser Ziel ist es, ein Modell zu entwickeln um mit Hilfe von den Messergebnissen an künstlich, also beschleunigt gealterten Module auf das Alterungsverhalten real alternder Module zu schliessen. Die Form des Fluoreszenzspektrums lässt dann nicht nur Rückschlüsse auf die Dauer sondern auch z.B. auf die Art der Modulalterung zu. Auch ist es mit der Polymerfluoreszenz möglich, sehr früh die Folgen der Alterung zu detektieren - hieraus eine verbleibende Lebensdauer vorherzusagen ist ein Forschungsziel.

• Dipl. Phys. Jan Schlothauer

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