Photovoltaik Lichtinduzierte Degradation: Leistungsverlust früh erfassen

Die PERC-Technologie ist der Senkrechtstarter in der Photovoltaik. PERC steht für Passivated Emitter Rear Cell, also Solarzellen, deren Rückseite verspiegelt und passiviert ist. Sie sind gerade auf dem Vormarsch, denn ihr Wirkungsgrad liegt zwei bis drei Prozentpunkte über dem Wert herkömmlicher Zellen. Eine Herausforderung stellt sich allerdings: Bei PERC-Zellen aus multikristallinem Silizium tritt die lichtinduzierte Degradation auf. Wenn die Solarzellen erstmals mit Licht bestrahlt werden, entstehen unter erhöhter Temperatur sogenannte rekombinationsaktive Defekte im Siliziummaterial. Der Effekt wird in der Fachliteratur als LeTID bezeichnet (light and elevated temperature induced degradation) bezeichnet. Dadurch wird die Leistungsfähigkeit der Solarmodule reduziert. Die Verluste können zehn bis 15 Prozent betragen, danach stabilisiert sich der Wirkungsgrad auf niedrigerem Niveau.

Bisher war dieser Effekt nur von Solarzellen aus monokristallinen Siliziummaterialien bekannt. Durch die Passivierung im Zuge der PERC-Technologie tritt er allerdings auch bei Zellen aus multikristallinem Silizium auf. „Der genaue Ablauf und die Ursache dieses Prozesses ist noch ungeklärt. Wir wissen aber, dass die einzelne Zelle betroffen ist und dass der Verlust im Siliziummaterial auftritt“, sagt Dominik Lausch vom Fraunhofer CSP, einer Gemeinschaftseinrichtung des Fraunhofer ISE in Freiburg und des Fraunhofer IMWS in Halle. Sonneneinstrahlung und Temperatur seien als entscheidende Faktoren identifiziert. Diese Erkenntnisse wurde genutzt, um einen Test zu entwickeln, der das Ausmaß der Degradation präzise, schnell und reproduzierbar anzeigt.

Test simuliert Sonneneinstrahlung

Durch das Anlegen von Strom an die Zelle wird dabei die Sonneneinstrahlung simuliert, denn letztlich sind es die Ladungsträger, die für LID entscheidend sind. Dadurch wird eine hohe Genauigkeit und Dynamik erreicht, denn Strom ist einfach, präzise und reproduzierbar zu kontrollieren. Die Degradation kann in Echtzeit beobachtet werden, auch beschleunigte Tests sind durch Erhöhen der Temperatur und Injektion möglich – so kann schon nach fünf Minuten ein Ergebnis vorliegen, teilt das Institut mit.

Aus dem bereits zum Patent angemeldeten Verfahren hat das Berliner Unternehmen LayTec als Lizenznehmer das Gerät LID Scope entwickelt. „Hersteller, die in den Ausbau der PERC-Technologie investieren wollen, brauchen verlässliche Angaben darüber, in welchem Ausmaß ihre Zellen von LID betroffen sind. Mit LID Scope ist das in einem flexiblen und standardisierten Verfahren in der Fertigung möglich“, sagt Tobias Schenk, Geschäftsführer der LayTec In-line. Das bedeute eine enorme Erleichterung für die Qualitätskontrolle und helfe, zuverlässige Aussagen über die zu erwartenden Erträge zu machen. Ein weiterer Vorteil: Der Test sei schon auf Zellebene möglich, bisher konnten nur komplette Module auf LID untersucht werden.