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Direkte spektrale Empfindlichkeitskalibrierung einer Mehrfachschichtsolarzelle durchgeführt

11.02.2017

Im Projekt SolCell, welches im Rahmen des Energy Calls 2013 im European Metrology Research Programm (EMRP) gefördert wird, wurde in der AG Solarzellen gezeigt, dass der Kurzschlusstrom einer kommerziellen Mehrfachschichtsolarzelle unter Testbedingungen, die der Bestrahlung im Weltraum entspricht, mittels laserbasierten differentiellen spektralen Empfindlichkeitsmessungen [1] direkt kalibriert werden kann. Solche Solarzellen werden üblicherweise zur Energieversorgung im Weltraum eingesetzt und bestehen aus mehreren epitaktisch übereinander-gewachsenen, in Serie verschalteten Solarzellen. Diese Konfiguration macht die übliche Anwendung des DSR-Verfahrens unmöglich, da sich diese Solarzellen unter monochromatischer Beleuchtung gegenseitig „sperren“. Durch die zusätzliche Verwendung mehrerer High-Power LEDs und einer Präzisionsspannungsquelle war es möglich, die Stromgeneration im Kurzschlussfall der einzelnen Subzellen so zu gestalten, dass die zu kalibrierende Subzelle bei mehreren Bestrahlungsstärken unter und oberhalb der Leistung, die der Solarkonstanten von E0 = 1367 Wm-2 entspricht, vermessen werden konnte. Dadurch konnte der Kurzschlussstrom bei Weltraummessbedingungen mit einer Messunsicherheit kleiner 2% (= 2) bestimmt werden. Mögliche Anwendungen hierfür bestehen unter anderem bei der höchstgenauen Bestimmung des Wirkungsgrads dieser Objekte, was bei der Charakterisierung von „Weltrekordsolarzellen“ von großem Interesse ist.

 

Bild 1: Mehrfachschichtsolarzelle während der Kalibrierung am LaserDSR Messplatzes unter Halogen- und LED-Bestrahlung.

 

Bild 2: Kalibrierte spektrale Empfindlichkeiten der einzelnen Sub-Zellen einer Mehrfachschichtsolarzelle unter Weltraummessbedingungen. Dazu im Vergleich die Sonnenspektren im Weltraum (AM0) und auf der Erdoberfläche (AM1.5).

Literatur:

[1]       S. Winter, T. Fey, I. Kröger, D. Friedrich, K. Ladner, B. Ortel, S. Pendsa, F. Witt, Design, realization and uncertainty analysis of a laser-based primary calibration facility for solar cells at PTB, Measurement 51, 457ff (2014)

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