Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE| Laufzeit: | 05/2019 - 10/2022 |
| Auftraggeber / Zuwendungsgeber: |
Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) |
| Kooperationspartner: | ISRA VISION GmbH RCT Solutions GmbH International Solar Energy Research Center Konstanz (ISC e. V.) Hochschule für Technik, Wirtschaft und Kultur Leipzig RENA Technologies GmbH - Solar Technologie Center Freiburg halm elektronik GmbH Gebr. Schmid GmbH |
| Webseite: | Enargus Förderprojekte |
| Projektfokus: |       |
NextTec – kontaktlose Leistungsmessung für Solarzellen
PV-Produktionstechnologien der nächsten Generation für eine Durchsatzsteigerung
Teilverschattete Photolumineszenz-Aufnahmen einer Solarzelle zeigen u.a. Unterbrechungen in der Metallisierung.
Um drohende Lieferengpässe abzufedern und die Herstellungskosten von Siliciumsolarzellen zu senken, ist ein hoher Produktionsdurchsatz nötig – ein entscheidender Faktor nicht nur für den PV-Ausbau in Deutschland, sondern weltweit. Ein Konsortium unter Leitung des Fraunhofer ISE hat deshalb im Rahmen des vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) geförderten Projekts »NextTec« ein Proof-of-Concept für die eine künftige Produktionslinie mit einem Durchsatz von 15 000 bis 20 000 Wafern pro Stunde erarbeitet. Dies entspricht mindestens einer Verdopplung des Durchsatzes verglichen mit aktuell eingesetzten Produktionssystemen. Ein Schwerpunkt der Arbeiten am Fraunhofer ISE hat die beschleunige Messung der Strom-Spannungs-Kennlinie gebildet.
Um bei der Messung der Strom-Spannungs-Kennlinie (IV-Kennlinie) – dem wichtigsten Charakterisierungsverfahren in der Fertigung – den Durchsatz zu steigern, haben wir in Kooperation mit der Universität von Neusüdwales (Australien) ein neuartiges Verfahren entwickelt: Es ermöglicht, eine kontaktlose Messung an der bewegten Solarzelle. Der Wegfall der zeitkritischen und mechanisch belastenden Kontaktierung erweist sich besonders für Multi-Busbar-Solarzellen als vorteilhaft, deren Kontaktierung kostenintensiv ist und zu einer Verringerung der Beleuchtungshomogenität führt.
Das Verfahren, für das das Fraunhofer ISE einen Patentantrag gestellt hat, basiert auf den folgenden vier Säulen:
- Photolumineszenz-Messungen mit variierter Anregungsintensität zur Bestimmung der Pseudo-IV-Kennlinie
- Kontaktlose Elektrolumineszenz-Anregungsspektroskopie zur Bestimmung der relativen Quanteneffizienz
- Spektroskopische Reflektionsmessungen zur Skalierung der relativen auf absolute Quanteneffizienz
- Photolumineszenz-Messungen unter Teilverschattung derZelle zur Bestimmung des internen Serienwiderstands der Solarzelle (Abb.)
Wir haben das Verfahren für aktuelle Solarzellentypen (PERC, TOPCon, SHJ) im Labor demonstriert. Für alle Leistungsparameter der untersuchten Solarzellen konnten wir gute Korrelationen zwischen kontaktierten und kontaktlosen Messdaten feststellen: Die Abweichungen zwischen den kontaktierten und berührungslos gemessenen Stromspannungsparametern (jsc, Voc, FF, pFF, η) liegen unter 2,5 %rel, sind also vergleichbar mit der typischen absoluten Messunsicherheit kalibrierter Prüflabore. Wir konnten zeigen, dass die berührungslose Bestimmung von Strom-Spannungs-Kennlinien möglich ist. Die für die Messung erforderliche Zeit wird lediglich durch die Zellphysik, nicht durch die Messtechnik, begrenzt.
Das Verfahren hat zahlreiche Vorteile: Neben einem höheren Durchsatz geht es schonender mit den Solarzellen um, führt zu weniger Verschleißteilen und erlaubt außerdem die Erhebung zusätzlicher Messdaten. Diese Vorteile werden wir in künftigen Forschungs- und Entwicklungskollaborationen demonstrieren und schließlich auf Prototypen- und Produktbasis weiterentwickeln.