Metrologie und Simulationsmethoden

Unsere Arbeit im Geschäftsfeldthema »Metrologie und Simulationsmethoden« ist geprägt durch unsere Kompetenz im Bereich der Analyse von Solarzellen und -modulen, basierend auf unserer langjährigen Expertise im Technologie- und messtechnisch-physikalischen Bereich. Wir verfügen über detailliertes Wissen über Solarzellstrukturen und -physik, messtechnische Konzepte und Simulationsmethoden, sowie umfangreiche Datensammlungen zu Solarzellparametern. Darüber hinaus nutzen wir für die Datenanalyse leistungsstarke Ansätze des maschinellen Lernens und der Künstlichen Intelligenz.

Unsere Arbeit konzentriert sich auf die Entwicklung von Messgeräten und Analysemethoden zur Verbesserung von Materialien, Solarzellen und Modulen und zur Optimierung der Inspektion und Qualitätssicherung in der Produktion. Wir entwickeln Lösungen gemeinsam mit und für Messtechnik- und Sensorhersteller, Material-, Zell- und Modulhersteller, Anbieter von Datenanalyse-Systemen sowie Forschungsinstitute.

Wir bieten Lösungen in den Bereichen Qualitätssicherung, automatisierte Prozess- und Produktionskontrolle, Messmethoden- und Messsystem-Entwicklung, Material- und Zellanalyse, Simulation und Modellierung, sowie automatisierte Datenanalyse und Bildverarbeitung/Künstliche Intelligenz. In unserem unabhängigen und akkreditierten Kalibrierlabor CalLab PV Cells bieten wir zertifizierte Solarzellenmessungen an.

• Messverfahren für die Prozess- und Materialanalytik
• Messverfahren für die Zellanalyse
• Messverfahren für die Modulanalyse
• Prozesssimulation
• Simulation und Modellierung von Zellen und Modulen

Um detaillierte Informationen zur Bewertung von Materialien für die Modulherstellung zu erhalten, entwickeln wir neue Messansätze und optimieren existierende Verfahren. Neben der genauen Analyse von Siliziummaterialien für Solarzellen sind hier zum Beispiel auch Perowskitabsorber und verschiedene funktionale Schichten im Fokus unserer Analysen.

Unsere FuE-Leistungen umfassen:

• Bestimmung der Konzentration von Fremdatomen in Silizium (z.B. Wasserstoff, Eisen) 
• Bestimmung der Ladungsträgerlebensdauer und der internen Spannung (iVoc) in Silizium oder Perowskiten als Materialien in Einfach- oder Mehrfachsolarzellen
• Detailanalysen mittels Photolumineszenz- und Raman-Spektroskopie, Rasterelektronenmikroskopie und weiterer Verfahren
• Inlineanalyse für Siliziumwafer und funktionale Schichten 

Wir führen umfassende Prüfungen von Solarzellen durch, um deren Qualität und Leistungsfähigkeit eingehend zu evaluieren. Dabei bieten wir globale Zellanalyse im Labor unter offline-Bedingungen, sowie inline unter industriekompatiblen Bedingungen bishin zu kalibrierten Messungen für Einfach- und Mehrfachsolarzellen an. Ortsaufgelöste, kamerabasierte Messverfahren mittels Photolumineszenz oder Thermographie ermöglichen die Bewertung der Zellhomogenität und lokalen Defekten, die die globale Zellleistung reduzieren können. Wir untersuchen Einfach- und Mehrfachsolarzellen. Neben Siliziumsolarzellen arbeiten wir insbesondere an Perowskit-Silizium-Tandemsolarzellen und Mehrfachsolarzellen auf III-V-Basis.  

Unsere FuE-Leistungen umfassen:

• Optisch-elektrische Analyse von Solarzellen
• Identifikation von Verlustkanälen und Wirkungsgradlimitierungen
• Entwicklung neuer Messverfahren

Wir untersuchen als Module eingekapselte Solarzellen – von kleinen Laborlaminaten bis hin zu großformatigen PV-Modulen mit verschiedenen Messverfahren. Im Testlab PV Modules führen wir die in den IEC- bzw. europäischen Normen aufgeführten Prüfungen für Bauartzulassungen aus, im CalLab PV Modules bestimmen wir I/U-Kennlinien unter STC- oder NOCT-Bedingungen (standard testing conditions, nominal operating cell temperature) sowie Temperatur- und Eintrahlungsabhängigkeiten.

Neue Messmethoden entwickeln wir beispielsweise für Perowskit-Silizium-Tandemmodule mittles LED-basierter Strom-Spannungsanalysen.

Unsere FuE-Leistungen umfassen:

• Kalibrierung von Photovoltaikmodulen
• Qualitäts- und Zuverlässigkeitsprüfungen für Module
• Entwicklung neuer Messverfahren

Mit Hilfe von Prozess-Simulationen können beispielsweise nasschemische Prozesse erforscht werden. Prozesse wie Oberflächenreaktionen, welche von den Strömungsverhältnissen in der unmittelbaren Umgebung abhängen, sind experimentell nur sehr schwer zugänglich. Fragestellungen wie die der Prozesshomogenität können experimentell in umfangreichen Versuchsplänen geklärt werden, was jedoch sowohl zeit- als auch ressourcenintensiv ist. Hier helfen Simulationen, in denen Strömungen und Reaktionen kombiniert werden, um die Vorgänge an der Oberfläche ortsaufgelöst zu untersuchen.

Wir verfügen über detaillierte Ansätze zur opto-elektrischen Modellierung von Solarzellenstrukturen auf Silizium-, Perowskit- und III-V-Basis mittels Drift-Diffusionsmodellierung und der Simulation ganzer Solarzellen.

Bei diesen opto-elektrischen Simulationen werden Phänomene der optischen Interferenz, Generation und Rekombination von Ladungsträgern, Ladungsträgertransport an Heteroübergängen, Tunnelprozesse, Photon-Recycling oder Ionenmigration berücksichtigt.

Numerische Simulationen können insbesondere den Entwicklungsprozess komplexer Solarzellenstrukturen deutlich beschleunigen.