modulum – Neuartige Messplattform für die Photovoltaik

Projektfokus:
Messplattform modulum
© Fraunhofer ISE

Abriss des Applikationsumfangs der Messplattform modulum.

Imaging der Ladungsträgerlebensdauer
© Fraunhofer ISE

Imaging der Ladungsträgerlebensdauer vom Gussblock (Ingot) bis zur Solarzelle – vereint in der Messplattform modulum.

Um die Stromgestehungskosten photovoltaischer Stromerzeugung weiter zu senken, muss sich die moderne Forschung und Entwicklung im Bereich Silicium-Photovoltaik auf die Materialqualität fokussieren: Dies schließt sowohl die Feedstockqualität als auch die Auswirkungen des Kristallisationsprozesses, der Waferherstellung und des Solarzellprozesses auf die Materialqualität ein. Dazu bedarf es präziser Analyseverfahren für wirkungsgradlimitierende elektrische Eigenschaften in allen Stadien der Solarzellenproduktion – von der Kristallisation bis zur Metallisierung. Mit modulum hat das Fraunhofer ISE eine vielseitige Messplattform für präzise Material- und Zellanalysen geschaffen, die auf dem Messprinzip harmonisch modulierter Lumineszenz basiert und die Photovotaikindustrie dabei unterstützen soll, zukünftige Herausforderungen der Silicium-Photovoltaikforschung zu bewältigen.

Die modulum-Messplattform bietet eine Vielzahl von Material- und Solarzellanalysen, die auf dem Messprinzip der Ladungsträgerlebensdauer mittels harmonisch modulierter Lumineszenz beruhen. Im Zusammenspiel mit der ebenfalls in modulum implementierten Möglichkeit des Lumineszenz-Imaging sind damit nicht nur einfache injektionsabhängige Ladungsträgerlebensdauermessungen, sondern auch ein Imaging der Ladungsträgerlebensdauer an Siliciumblöcken, Wafern, und Solarzellen möglich. modulum macht sich die günstigen Eigenschaften der harmonisch modulierten Lumineszenz zunutze, um damit erstmals Prozesskontrolle auf der Grundlage einer einzigen und über alle Prozessstadien vergleichbaren Messgröße zu ermöglichen.

Harmonisch modulierte Lumineszenz ist ein dynamisches Messverfahren der Ladungsträgerlebensdauer, das nur ein Minimum an Vorannahmen voraussetzt und eine besonders hohe Empfindlichkeit auf die Volumenlebensdauer von Materialien mit unpassivierten Grenzflächen, wie zum Beispiel Siliciumblöcken, aufweist. Die Empfindlichkeit reicht von Sub-Mikrosekunden und Überschussladungsträgerdichten weit unter 1010 cm-3 bis über die höchsten Ladungsträgerlebensdauern hinaus, die jemals im Silicium gemessen wurden. Neben dem Lebensdauer-Imaging und der Lebensdauerspektroskopie in allen Stadien der Solarzellherstellung bietet modulum zudem eine Applikation zur Vorhersage des Wirkungsgradpotentials aus der mittels Ladungsträgerlebensdauermessungen quantifizierten Materialqualität (ELBA). Ferner können bestimmte metastabile Defektdichten wie z.B. die interstitielle Eisenkonzentration ortsaufgelöst bestimmt werden.

Die Modularität des modulum zugrundeliegenden Konzepts erlaubt es, kundenspezifische Anwendungen mit relativ geringem Aufwand in das Messinstrument und dessen Steuer- und Auswertesoftware zu integrieren.