Untersuchung zur hochpräzisen Vermessung der elektrischen Parameter von Solarzellen

Abstract

Diese Arbeit gibt einen Überblick über die Kalibrierung und hochpräzise Bestimmung der Leistungsparameter von Solarzellen und der dazu notwendigen Messverfahren und Prozeduren. Dabei werden vor allem grundlegende Effekte und Ursachen der notwendigen Messungen oder spezialisierte Detailbetrachtungen für Siliciumsolarzellen betrachtet. Ein wesentlicher Teil der Arbeit befasst sich mit der Ursache spektraler Effekte. Kapitel 4 zeigt die vollständige Charakterisierung eines Diodenarray-Spektralradiometers auf. Dabei werden im Unterabschnitt 4.2 die speziellen Anforderungen für die Messung von Blitzspektren untersucht. Damit ermöglicht diese Arbeit hochgenaue rückgeführte Messungen an Blitzen, welche als Standardlichtquelle in der industriellen Produktion eingesetzt werden.Des Weiteren wird in Abschnitt 4.4 die Bewertung der Spektren entsprechend der IEC-Norm IEC60904-9 einschließlich ihrer Messunsicherheiten mittels einer Monte-Carlo Methode diskutiert. Die Betrachtungen im abschließenden Unterkapitel 4.5 zeigen, dass die Emissionslinien der Xenonentladungslampen von einem Spektrometer mit endlicher optischer Auflösung ausreichend genau wiedergegeben werden.In Kapitel 5 sind die Untersuchungen zur Messung der spektralen Empfindlichkeit von großen Industriesolarzellen zusammengefasst. Die hierbei angewandte differentielle Messmethode erfordert eine Berücksichtigung der Linearität der Solarzelle, welche durch die in dieser Arbeit für Kalibrierungen weiterentwickelte Methode nun ausreichend möglich ist. In Unterabschnitt 5.1.7 ist die Auswirkung des Parallelwiderstandes (RP) der Solarzelle auf die Messung durch das Zusammenspiel mit der Messelektronik mittels Simulationsrechungen gezeigt. Erst diese Arbeiten ermöglichen eine Bewertung der Absolutwerte der spektralen Empfindlichkeitsmessungen von Solarzellen mit niedrigem RP.In Kapitel 6 werden die Messunsicherheiten für die V-Kennlinienmessung zusammengefasst. Dabei steht die Unsicherheit des spektralen Mismatchfaktors im Mittelpunkt. Die Fehlerfortpflanzung mittels eines Monte-Carlo-Verfahren zeigt die Auswirkungen unterschiedlicher spektraler Anpassungen von Referenz und Testsolarzelle auf die Messunsicherheit. Diese Ergebnisse validieren den in Abschnitt 3.3 entwickelten Anpassungsindex als eine geeignete Größe zur Beurteilung der spektralen Anpassung.Eine eingehende Analyse deckt die relevanten Wellenlängenbereiche auf und ermöglicht so erstmals eine gezielte Optimierung spektraler Verteilungen. Die Auswirkungen unterschiedlicher Kontaktierungen der Solarzellen an der Busbar-Metallisierung auf die Kennlinienmessung zeigen die Notwendigkeit einer Standardisierung. Die in Abschnitt 6.3.2 untersuchte Messung der Solarzellentemperatur zeigt die Grenzen der Genauigkeit radiometrischer Messungen (wie sie in der industriellen Produktion eingesetzt werden) aufgrund der relativ geringen Emissivitäten der Solarzellenoberflächen, auf. Die Berücksichtigung der Temperaturabhängigkeit bei der Mismatchkorrektur ermöglicht nun hochgenaue, rückführbare Messungen der Temperaturkoeffizienten der IV-Parameter unter Berücksichtigung der Forderungen der neuen Norm zur Bestimmung des Jahresertrages (IEC61583).Kapitel 7 fasst die für Solarzellenreferenzen durchgeführten Untersuchungen zusammen. Neben der Untersuchung von Randeffekten und Degradation verkapselter Solarzellen wurden vor allem Kriterien für die Auswahl geeigneter Solarzellen entwickelt. Dabei konnte der in Abschnitt 3.3 entwickelte Anpassungsindex angewandt werden. Die Entwicklung eines teilverkapselten Referenzelementes aus großen 6“ Industriesolarzellen schließt das Kapitel ab.Kapitel 8 betrachtet die speziellen Anforderungen bestimmter Zelletechnologien. Die Arbeiten führten zu einem Kontaktierungskonzeptes für Rückkontaktsolarzellen, so dass nun rückführbare Messungen möglich sind. Für bifaciale Solarzellen wurde eine Datenbasis erarbeitet, so dass die Einflüsse der Reflexionen des Messchucks abgeschätzt werden können. Modellrechnungen für serienverschaltete Solarzellen (Module) unter inhomogener Beleuchtung zur Abschätzung der Messunsicherheiten schließen das Kapitel.