Forskare vid Fraunhoferinstitutet för solenergisystem (ISE) i Freiburg har utvecklat en ny mätteknik som gör det möjligt att analysera bak-kontaktade solcellers prestanda utan att fysiskt vidröra dem. Tekniken innebär ett betydande steg mot effektivare kvalitetskontroll inom solcellsproduktionen.
Att mäta en solcells ström-spänningskurva är avgörande för att bedöma dess kvalitet. Men traditionella mätmetoder kräver elektrisk kontakt, vilket tar tid och riskerar att skada de känsliga komponenterna. Den nya metoden eliminerar fysisk kontakt, vilket inte bara minskar risken för mekanisk påverkan utan också ökar takten i produktionen och sänker underhållskostnaderna. Tekniken har nu framgångsrikt testats på IBC-celler (interdigiterade bak-kontaktceller) i en produktionsnära miljö.
Kontaktlös mätning baserad på ljus och modellering
Den kontaktlösa metoden bygger på en kombination av fotoluminiscens, elektroluminiscensbilder under olika exciteringsförhållanden samt spektrala reflektionsmätningar. Genom att kombinera dessa mätdata med en fysikbaserad modell kan forskarna ta fram hela ström-spänningskurvan, inklusive viktiga parametrar som öppen kretsspänning, kortslutningsström, fyllnadsfaktor och verkningsgrad.
Särskilt för bak-kontaktade solceller, där båda metallkontakterna är placerade på baksidan, är kontaktlös mätning fördelaktig. Eftersom dessa celler kräver specialanpassade kontakteringssystem vid konventionell mätning, bromsas produktionstakten avsevärt. Med kontaktlös mätning försvinner behovet av sådan utrustning, vilket förenklar hela processen.
– Resultaten från traditionell kontaktmätning och vår nya kontaktlösa metod visar mycket god överensstämmelse i våra tester, säger Dr. Johannes Greulich, gruppchef för linjebaserad solcellsanalys och simulering vid Fraunhofer ISE.
Han fortsätter:
– Vi planerar nu att vidareutveckla metoden för att den ska fungera i industriell storskalig produktion, och kommer tillsammans med partners att påbörja ett nytt forskningsprojekt för att snabbare kunna mäta cellernas bakströmsbeteende.
Möjliggör snabbare och tunnare solceller
IBC-arkitekturer har under senare år lett till nya rekord i verkningsgrad för kiselsolceller, där det nuvarande toppresultatet på 27,8 procent också uppnåtts av en bak-kontaktad cell. Eftersom båda kontaktpunkterna är samlade på baksidan, måste dessa celler mätas från en enda sida, vilket är tekniskt komplicerat. Den kontaktlösa tekniken passar därför särskilt väl för just dessa celler – liksom för bottenceller i perovskit-kisel-tandemsolceller, där det i vissa fall saknas elektriska kontakter helt.
– Vår kontaktlösa metod är därför särskilt lämpad för att mäta dessa ensidigt metalliserade solceller, säger Johannes Greulich.
Dr. Ralf Preu, programchef vid Fraunhofer ISE, betonar möjligheterna tekniken öppnar för solcellsindustrin:
– Den här metodiken, som är anpassad för att fungera direkt i produktionslinan, möjliggör produktionshastigheter på över tiotusen wafers per timme och banar väg för tillverkning av ännu tunnare solceller. Med den här innovationen skapar vi förutsättningar för kostnadseffektiv massproduktion av nästa generations solceller.
Testad på 150 solceller i produktionslik miljö
Inom ramen för sin forskningsplattform PV-TEC har Fraunhofer ISE tagit fram en automatiserad teststation som möjliggör både traditionella kontaktmätningar och den nya kontaktlösa metoden. Systemet hanterar celler upp till G12-format (210 x 210 millimeter), inklusive så kallade "shingle"-celler.
I den senaste studien mätte forskarna 150 IBC-solceller med olika verkningsgrader med båda metoderna – den kontaktlösa samt en traditionell metod från halm elektronik GmbH – och jämförde resultaten.
Utvecklingen av mätmetoden har finansierats av Tysklands federala ministerium för ekonomi och klimatskydd (BMWK) inom ramen för forskningsprojektet "NextTec", samt av den tyska nationella akademiska stiftelsen (Studienstiftung des deutschen Volkes e.V.) genom ett doktorandprogram.
För den som är intresserad av att lära sig mer om metoden visas tekniken på mässan Smarter E Europe / Intersolar vid Fraunhofer ISE:s monter.
Källa: Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE.
