Analyses of silicon solar cells and their measurement methods by distributed circuit simulations and by experiment

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Datum
2010
Autor:innen
Grote, Daniela
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Untersuchung von Silicium-Solarzellen und ihrer Messmethoden mittels Netzwerksimulation und Experiment
Forschungsvorhaben
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Zeitschriftenheft
Publikationstyp
Dissertation
Publikationsstatus
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Zusammenfassung

In dieser Arbeit wurden die Auswirkungen lateraler Inhomogenitäten, die entweder in den betrachteten Silicium-Solarzellen selbst vorliegen oder die in den Solarzellen durch lateral inhomogene Messbedingungen induziert werden, auf verschiedene Messparameter untersucht. Hierzu wurden vorwiegend Netzwerksimulationen genutzt.
Dazu wurde zunächst ein Netzwerkmodell für eine Silicium-Solarzelle mit einer Struktur ähnlich wie sie in der Industrie hergestellt wird und deren einzige laterale Inhomogenität die Vorderseitenmetallisierung darstellt, vorgestellt sowie dessen Eigenschaften untersucht. Dabei lag der Schwerpunkt auf der Untersuchung der Auswirkung der gewählten Auflösung des Netzwerkmodells auf die Simulationsergebnisse.
Anschließend wurden Mess- und Simulationsergebnisse von bis auf Vorderseitenmetallisierung im Wesentlichen lateral homogenen Solarzellen verglichen. Hierbei wurden Hell- und Dunkelkennlinien sowie lokale Spannungsbilder betrachtet.
Im Folgenden wurden Netzwerksimulationen zur Untersuchung verschiedener Anwendungen genutzt. Zunächst wurde der Einfluss einer lokalen Abschattung neben den Busbars bei der Ein-Sonnen-Hellkennlinienmessung auf die gemessene Offenklemmspannung und den Füllfaktor untersucht sowie die Auswirkung einer lateral inhomogenen Beleuchtung während sogenannter Suns-Voc-Messungen auf die bei einer Sonne Beleuchtungsintensität gemessene Offenklemmspannung. Anschließend wurde der Einfluss eines unbeabsichtigt lateral inhomogenen Emitterschichtwiderstands und Kontaktwiderstands auf den Wirkungsgrad industrieähnlicher Solarzellen betrachtet. Im folgenden Kapitel wurde das Potenzial von Solarzellen mit sogenannten Halbleiterfingern untersucht. Die Arbeit schließt ab mit der Analyse von Solarzellen, deren Dunkelkennlinien eine Schulter aufweisen, die nicht mit dem Zwei-Dioden-Modell beschrieben werden kann.

Zusammenfassung in einer weiteren Sprache

In this work the effect of lateral inhomogeneities of silicon solar cells either given by the solar cells themselves or introduced by the measurement conditions on different measurement parameters was analyzed mainly by means of distributed circuit simulations.
Thereto a distributed circuit model of a standard industrial like silicon solar cell, whose only lateral inhomogeneity was given by the front metallization, was introduced and its properties were analyzed. The emphasis of this analysis regarded the effect of the chosen resolution of the underlying equivalent circuit of the distributed circuit model on the simulation results.
Afterwards simulation and measurement results of solar cells, whose main lateral inhomogeneity was given by the front metallization, were compared. Here dark and illuminated IV characteristics as well as local voltage maps were regarded.
In the following distributed circuit simulations were used to analyze the effect of different lateral inhomogeneities. Firstly the effect of a local shading near the bus bars during the measurement of one sun illuminated IV characteristics on open circuit voltage and fill factor was analyzed. Afterwards the effect of a laterally inhomogeneous illumination during a so called SunsVoc-measurement on the open circuit voltage measured at one sun illumination intensity was analyzed. Furthermore the effect of a laterally inhomogeneous emitter sheet resistance and contact resistance on the solar cell efficiency was analyzed as well as the potential of silicon solar cells with so called semiconductor fingers. This work finishes with the analysis of silicon solar cells, whose dark IV characteristics show shoulders, which cannot be described by the two diode model.

Fachgebiet (DDC)
530 Physik
Schlagwörter
solar cell, silicon, SPICE , distributed circuit simulation
Konferenz
Rezension
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Zitieren
ISO 690GROTE, Daniela, 2010. Analyses of silicon solar cells and their measurement methods by distributed circuit simulations and by experiment [Dissertation]. Konstanz: University of Konstanz
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November 8, 2010
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