Ein deutsches Forscherteam hat eine handelsübliche Kamera so modifiziert, dass sie die Elektrolumineszenz von Silizium-Solarzellen und -Modulen erfassen kann. Die Anpassung erfolgt durch gezielte optische und sensorische Änderungen, die die empfindliche Messung von Lichtquellen ermöglichen, die bei der Stromerzeugung entstehen.
Elektrolumineszenz beschreibt die Lichtemission, die ein Solarzelle bei elektrischer Belastung abgibt. Diese Emission ist ein direktes Indiz für die Qualität der Zelle und liefert Informationen über interne Verluste und Materialeigenschaften.
Die Messung der äußeren Lumineszenz-Quantenausbeute (EQE) ist ein kritischer Parameter, der die Effizienz einer Solarzelle charakterisiert. Eine hohe EQE weist auf geringe Nicht-ideale Verluste hin, während niedrige Werte auf Defekte oder Ineffizienzen deuten.
Ein deutsches Forscherteam hat eine handelsübliche Kamera so modifiziert, dass sie die Elektrolumineszenz von Silizium-Solarzellen und -Modulen erfassen kann. Die Anpassung erfolgt durch gezielte optische und sensorische Änderungen, die die empfindliche Messung von Lichtquellen ermöglichen, die bei der Stromerzeugung entstehen.
Elektrolumineszenz beschreibt die Lichtemission, die ein Solarzelle bei elektrischer Belastung abgibt. Diese Emission ist ein direktes Indiz für die Qualität der Zelle und liefert Informationen über interne Verluste und Materialeigenschaften.
Die Messung der äußeren Lumineszenz-Quantenausbeute (EQE) ist ein kritischer Parameter, der die Effizienz einer Solarzelle charakterisiert. Eine hohe EQE weist auf geringe Nicht-ideale Verluste hin, während niedrige Werte auf Defekte oder Ineffizienzen deuten.
Im Rahmen des Projekts wurden die Objektive und Sensorbereiche der Kamera neu ausgelegt, um die spektrale Bandbreite der Siliziumemission zu erfassen. Gleichzeitig wurde die Bildverarbeitung angepasst, um die geringe Helligkeit der Emission zu isolieren.
Zur Kalibrierung der Kamera wurden Referenzquellen mit bekannten Emissionsprofilen eingesetzt. Durch Vergleich der aufgenommenen Bilder mit den Referenzwerten konnte die Messgenauigkeit der EQE bestimmt werden.
Aus den gemessenen EQE-Werten lässt sich die Leerlaufspannung der Solarzelle ableiten. Der Zusammenhang ergibt sich aus der theoretischen Beziehung zwischen Lichtausbeute und Spannungskennlinie einer Zelle.
Die Methode ermöglicht es, die Leerlaufspannung ohne direkte elektrische Messung zu schätzen. Dies ist besonders nützlich bei Modulen, bei denen eine invasive Messung schwierig ist.
Anwendungen dieser Technik reichen von der Qualitätskontrolle in der Fertigung bis hin zu Felddiagnosen von bereits installierten Modulen. Durch schnelle Messungen kann die Leistung von Anlagen in Echtzeit überwacht werden.
Im Vergleich zu herkömmlichen Verfahren, die auf präzisen Messgeräten wie Spektroskopen basieren, bietet die Kamera-basierte Technik eine einfachere und kostengünstigere Alternative. Die Genauigkeit bleibt jedoch vergleichbar, wenn die Kalibrierung korrekt durchgeführt wird.
Ein wesentlicher Vorteil ist die niedrige Anschaffungskosten der handelsüblichen Kamera. Die Modifikation erfordert lediglich Softwareanpassungen und einen einfachen optischen Aufbau, was die Gesamtkosten deutlich senkt.
Zukünftige Arbeiten sollen die Messgenauigkeit weiter verbessern, indem zusätzliche Filter und fortgeschrittene Bildverarbeitung eingesetzt werden. Außerdem wird untersucht, ob die Technik auf andere Zellentypen erweitert werden kann.
Zusammengefasst demonstriert die Studie, dass eine modifizierte handelsübliche Kamera zuverlässig die Leerlaufspannung von Silizium-Solarzellen bestimmen kann, was die Wartung und Qualitätskontrolle in der Solarindustrie erleichtert.
