Zuverlässigkeit organischer Photovoltaik

Vergleich von verschiedenen Lock-In Thermographie basierenden Messmethoden hinsichtlich Genauigkeit und Fehlererkennung

Die organische Photovoltaik (OPV) als jüngste PV-Technologie kann auf große Sprünge bei der Wirkungsgradverbesserung verweisen. So konnte durch verschiedene OPV-Hersteller innerhalb weniger Jahre der maximal erreichte Wirkungsgrad auf bis zu 10 % erhöht werden, so dass es realistisch erscheint, in näherer Zukunft mit amorphem Silizium gleichziehen zu können. Neben dem Wirkungsgrad spielt auch eine lange Lebensdauer der Solarmodule eine wichtige Rolle, damit die Energieerzeugung mittels Photovoltaik konkurrenzfähig zu fossilen Energieträgern werden kann. In Zusammenarbeit mit Konarka Technologies GmbH werden organische Solarmodule verschiedenen künstlichen Alterungsverfahren unterzogen und mit teils bildgebenden Methoden die Alterungsmechanismen identifiziert.

Da organische Solarmodule komplexe Aufbauten aus Verpackung, Elektroden, Zwischenschichten und dem eigentlichen Halbleitermaterial sind, gibt es viele Möglichkeiten, an welcher Stelle sich negative Veränderungen vollziehen können. Zu deren Analyse haben sich bildgebende Verfahren als äußert wertvoll herauskristallisiert.

Dazu zählt zum einen die Elektrolumineszenz. Bei dieser wird durch Anlegen einer Spannung – wie bei einer Leuchtdiode – das Solarmodul zum Aussenden von Licht angeregt, das mit einer speziellen Kamera ortsaufgelöst aufgezeichnet werden kann. Dieses Verfahren wurde für organische Solarzellen vom ZAE Bayern erstmals demonstriert. Aufbauend auf diesen Arbeiten konnte die Entstehung der Elektrolumineszenzstrahlung in organischen Solarzellen mittels der sogenannten Detailed-Balance-Theorie, die auf Schockley und Queiser zurückgeht, erklärt werden.

Ein weiteres bildgebendes Verfahren zur Defektanalyse ist zum anderen die beleuchtete Lock-In Thermographie (Illuminated Lock-In Thermography; ILIT). Hierbei wird das Solarmodul mit Licht bestrahlt und die durch Thermalisierungs- und Rekombinationseffekte hervorgerufene Erwärmung mit einer Infrarotkamera ortsaufgelöst aufgenommen. Die Lichtanregung wird gepulst, so dass durch die Anwendung von Lock-In Algorithmen das Signal/Rausch-Verhältnis drastisch verbessert werden kann. Es zeigt sich, dass mit diesem Verfahren Regionen verringerten Parallelwiderstands (Shunt; lokaler Kurzschluss innerhalb der photoaktiven Schicht) in organischen Solarmodulen innerhalb kurzer Zeit und berührungslos sichtbar gemacht werden können. Dies macht das Verfahren auch für die Inline-Kontrolle der Solarmodulfertigung nutzbar.

 

 

Ansprechpartner

Dipl.-Phys. Ulrich Hoyer

Tel.: +49 9131 9398-181

E-Mail: Ulrich.Hoyer@zae-bayern.de

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