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Fraunhofer CSP entwickelt LID-Test für PERC-Zellen
von
Michael Kraft
Die PERC-Technologie ist der Senkrechtstarter in der Photovoltaik: PERC-Solarzellen, deren Rückseite passiviert ist, haben eine signifikant höheren Wirkungsgrad als Standardzellen und gewinnen weiter Marktanteile. Eine Herausforderung stellt sich bei PERC-Modulen aus multikristallinem Silizium allerdings: Es treten Leistungseinbußen durch lichtinduzierte Degradation (LID) auf. Die Berliner Firma LayTec stellt mit LID Scope nun ein Gerät vor, das eine einfache, schnelle und flexible Qualitätskontrolle für diesen Effekt schon auf Zellebene ermöglicht. Entwickelt wurde die Technologie am Fraunhofer-Center für Silizium-Photovoltaik CSP in Halle.
PERC steht für Passivated Emitter Rear Cell, also Solarzellen, deren Rückseite verspiegelt und passiviert ist. Sie sind gerade auf dem Vormarsch, denn ihr Wirkungsgrad liegt 2-3 Prozentpunkte über dem Wert herkömmlicher Zellen. Viele Hersteller rüsten bestehende Fertigungsanlagen auf die PERC-Technologie um.
Bei PERC-Zellen aus multikristallinem Silizium tritt allerdings ein überraschender Effekt auf: lichtinduzierte Degradation. Wenn die Solarzellen erstmals mit Licht bestrahlt werden, entstehen unter erhöhter Temperatur sogenannte rekombinationsaktive Defekte im Siliziummaterial. Der Effekt wird in der Fachliteratur als LeTID bezeichnet (light and elevated temperature induced degradation). Dadurch wird die Leistungsfähigkeit der Solarmodule reduziert. Die Verluste können 10-15 Prozent betragen, danach stabilisiert sich der Wirkungsgrad auf niedrigerem Niveau.
Bisher kannte man diesen Effekt nur von Solarzellen aus monokristallinen Siliziummaterialien. Durch die Passivierung im Zuge der PERC-Technologie tritt er allerdings auch bei Zellen aus multikristallinem Silizium auf. »Der genaue Ablauf und die Ursache dieses Prozesses ist noch ungeklärt. Wir wissen aber, dass die einzelne Zelle betroffen ist und dass der Verlust im Siliziummaterial auftritt. Sonneneinstrahlung und Temperatur sind als entscheidende Faktoren identifiziert. Diese Erkenntnisse haben wir genutzt, um einen Test zu entwickeln, der das Ausmaß der Degradation präzise, schnell und reproduzierbar anzeigt«, sagt Dr. Dominik Lausch vom Fraunhofer CSP.
Durch das Anlegen von Strom an die Zelle wird dabei die Sonneneinstrahlung simuliert, denn letztlich sind es die Ladungsträger, die für LID entscheidend sind. Dadurch wird eine hohe Genauigkeit und Dynamik erreicht, denn Strom ist einfach, präzise und reproduzierbar zu kontrollieren. Die Degradation kann in Echtzeit beobachtet werden, auch beschleunigte Tests sind durch Erhöhen der Temperatur und Injektion möglich so kann schon nach fünf Minuten ein Ergebnis vorliegen.
Aus dem bereits zum Patent angemeldeten Verfahren hat die Berliner Firma LayTec als Lizenznehmer das Gerät LID Scope entwickelt. »Die Hersteller, die in den Ausbau der PERC-Technologie investieren wollen, brauchen verlässliche Angaben darüber, in welchem Ausmaß ihre Zellen von LID betroffen sind. Mit LID Scope ist das in einem einfachen, flexiblen und standardisierten Verfahren direkt in der Fertigung möglich. Das bedeutet eine enorme Erleichterung für die Qualitätskontrolle und hilft, zuverlässige Aussagen über die zu erwartenden Erträge zu machen«, sagt Tobias Schenk, Geschäftsführer der LayTec in-line GmbH. Ein weiterer Vorteil: Der Test ist schon auf Zellebene möglich, bisher konnten nur komplette Module auf LID untersucht werden. LID Scope wird am 24. Mai zum Auftakt der SNEC PV Power Expo in Shanghai vorgestellt, der größten Photovoltaik-Messe der Welt.
Auch am Fraunhofer CSP in Halle wird ein LID Scope verfügbar sein. »Wir können damit eine Verlustmessung in situ anbieten, was ein enormer Vorteil ist auch, um den Ablauf der Degradation besser zu verstehen. Bei der Potenzial-induzierten Degradation PID waren wir am CSP es, die den zugrundeliegenden Prozess aufgeklärt haben. Ich bin guter Dinge, dass das bei LID auch bald gelingen kann«, sagt Lausch.
PERC steht für Passivated Emitter Rear Cell, also Solarzellen, deren Rückseite verspiegelt und passiviert ist. Sie sind gerade auf dem Vormarsch, denn ihr Wirkungsgrad liegt 2-3 Prozentpunkte über dem Wert herkömmlicher Zellen. Viele Hersteller rüsten bestehende Fertigungsanlagen auf die PERC-Technologie um.
Bei PERC-Zellen aus multikristallinem Silizium tritt allerdings ein überraschender Effekt auf: lichtinduzierte Degradation. Wenn die Solarzellen erstmals mit Licht bestrahlt werden, entstehen unter erhöhter Temperatur sogenannte rekombinationsaktive Defekte im Siliziummaterial. Der Effekt wird in der Fachliteratur als LeTID bezeichnet (light and elevated temperature induced degradation). Dadurch wird die Leistungsfähigkeit der Solarmodule reduziert. Die Verluste können 10-15 Prozent betragen, danach stabilisiert sich der Wirkungsgrad auf niedrigerem Niveau.
Bisher kannte man diesen Effekt nur von Solarzellen aus monokristallinen Siliziummaterialien. Durch die Passivierung im Zuge der PERC-Technologie tritt er allerdings auch bei Zellen aus multikristallinem Silizium auf. »Der genaue Ablauf und die Ursache dieses Prozesses ist noch ungeklärt. Wir wissen aber, dass die einzelne Zelle betroffen ist und dass der Verlust im Siliziummaterial auftritt. Sonneneinstrahlung und Temperatur sind als entscheidende Faktoren identifiziert. Diese Erkenntnisse haben wir genutzt, um einen Test zu entwickeln, der das Ausmaß der Degradation präzise, schnell und reproduzierbar anzeigt«, sagt Dr. Dominik Lausch vom Fraunhofer CSP.
Durch das Anlegen von Strom an die Zelle wird dabei die Sonneneinstrahlung simuliert, denn letztlich sind es die Ladungsträger, die für LID entscheidend sind. Dadurch wird eine hohe Genauigkeit und Dynamik erreicht, denn Strom ist einfach, präzise und reproduzierbar zu kontrollieren. Die Degradation kann in Echtzeit beobachtet werden, auch beschleunigte Tests sind durch Erhöhen der Temperatur und Injektion möglich so kann schon nach fünf Minuten ein Ergebnis vorliegen.
Aus dem bereits zum Patent angemeldeten Verfahren hat die Berliner Firma LayTec als Lizenznehmer das Gerät LID Scope entwickelt. »Die Hersteller, die in den Ausbau der PERC-Technologie investieren wollen, brauchen verlässliche Angaben darüber, in welchem Ausmaß ihre Zellen von LID betroffen sind. Mit LID Scope ist das in einem einfachen, flexiblen und standardisierten Verfahren direkt in der Fertigung möglich. Das bedeutet eine enorme Erleichterung für die Qualitätskontrolle und hilft, zuverlässige Aussagen über die zu erwartenden Erträge zu machen«, sagt Tobias Schenk, Geschäftsführer der LayTec in-line GmbH. Ein weiterer Vorteil: Der Test ist schon auf Zellebene möglich, bisher konnten nur komplette Module auf LID untersucht werden. LID Scope wird am 24. Mai zum Auftakt der SNEC PV Power Expo in Shanghai vorgestellt, der größten Photovoltaik-Messe der Welt.
Auch am Fraunhofer CSP in Halle wird ein LID Scope verfügbar sein. »Wir können damit eine Verlustmessung in situ anbieten, was ein enormer Vorteil ist auch, um den Ablauf der Degradation besser zu verstehen. Bei der Potenzial-induzierten Degradation PID waren wir am CSP es, die den zugrundeliegenden Prozess aufgeklärt haben. Ich bin guter Dinge, dass das bei LID auch bald gelingen kann«, sagt Lausch.
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