Mit den Verbesserungen in der Massenproduktion von Solarzellen zur Erreichung einer höheren Ausbeute des Sonnenlichts geht auch die Notwendigkeit einer genaueren Reproduktion dieses Lichts durch das Messequipment einher. Denn leistungsfähige künstliche Sonnen wie z. B. Xenon-Flasher haben auch ihre Schattenseiten: Gegenüber den normierten Standard Test Conditions (STC) nach IEC 60904-3 weisen sie deutliche Abweichungen im unteren und oberen Bereich des Spektrums auf (Abbildung 1). Dennoch werden sie in der Praxis weiterhin zur Qualitätsbestimmung in Zell- und Modullinien eingesetzt.
Dabei sind die Abweichungen zwischen Messequipment-Lampen und der Norm längst bekannt. Zum Beispiel hat das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme (ISE)1 2009 in Zusammenarbeit mit bedeutenden deutschen Zellherstellern und Messtechnik-Anbietern eine Analyse der physikalischen Ursachen vorgenommen, die zu Messunsicherheiten in der Zell- und Modulproduktion führen und dabei auch das Spectral Mismatch als kritischen Faktor benannt2.
Die Branche tut gut daran, das Thema Spectral Mismatch ernst zu nehmen, was am Beispiel des selektiven Emitterätzens deutlich wird: Die junge Technologie, die inzwischen mit großem Interesse von Zellproduzenten nachgefragt wird, erreicht ihre vielversprechenden Effizienzgewinne von bis zu 0.8% im Lichtspektrum unter 450 nm. Da die Solarzelle gerade in diesem Bereich vom Standard-Messequipment kaum stimuliert wird, bleiben die Effizienzgewinne nahezu unsichtbar.
Fatal wird es, wenn Zellherstellern die technischen Grenzen ihres Messequipments nicht bekannt sind. Dann müssen Prozessingenieure den Grund für die "verlorene" Effizienzsteigerung in einer mangelhaften Passivierung der selektiv geätzten Emitterschicht vermuten, denn gerade die von kurzwelligem Licht im Emitter generierten Elektronen-Lochpaare haben die Eigenschaft, schnell zu rekombinieren und benötigen eine zuverlässige Passivierung. Diese wird über die Dicke der Siliziumnitritschicht (SiNx-Schicht) gesteuert. Also wird diese Dicke angepasst, um einen maximalen Kurzschlussstrom zu erreichen - und zwar in Abhängigkeit vom bestehenden Messequipment. Die so erzielte Verbesserung unter künstlichem Sonnenlicht stellt bei Messungen unter normiertem Sonnenlicht aber eine Verschlechterung dar, wie eine aktuelle, noch unveröffentlichte gemeinsame Forschungsarbeit der Universität Konstanz und der Schmid Group zeigt, die sich mit den Auswirkungen des Spectral Mismatch in der Praxis beschäftigt.
Dr. Helge Haverkamp, Forschungsleiter im Bereich Photovoltaik der Schmid Group, und Dr. Christian Buchner, Leiter des Geschäftsbereichs ZELLE der Schmid Group, setzen nun auf Aufklärung der Zellhersteller und anderer Marktteilnehmer: Idealerweise sollte die Leistungsfähigkeit des Messequipments von unter 450 nm bis weit in den ultravioletten Bereich hinein verbessert werden, was zur Zeit aber noch mit hohen Kosten verbunden ist. Zellhersteller, die bis zum Eintreten von Preissenkungen mit Standard-Equipment weiterarbeiten möchten, sollten sich intensiv mit den Schwächen ihres Messequipments auseinandersetzten und es nicht versäumen, Referenzzellen in einem Kalibrierlabor vermessen zu lassen - so die Empfehlung.
Als Best Practice führt Dr. Buchner die Einführung der Schmid-Technologie zur Herstellung von Zellen mit selektivem Emitter im kombinierten Druck- und Ätzverfahren (siehe nebenstehende Box) bei Sunrise Global Energy (Taiwan)3 an. Sunrise produziert mit dem leicht integrierbaren Schmid-Equipment erfolgreich Hocheffizienzzellen in einer 60 MW-Linie und hat für das zweite Halbjahr 2011 bereits Erweiterungen geordert. Die bei Sunrise erzielten Effizienzsteigerungen und Produktionskostensenkungen auf hohem Niveau waren aber nur deshalb möglich, weil der Zellhersteller gezielt in Messequipment investiert hat und konsequent auf die ordnungsgemäße Kalibration achtet.
Die Effekte des Spectral Mismatch, die für die Technologie des selektiven Emitterätzens gelten, treffen in ähnlicher Weise auf die Verbesserungen durch dielektrisch passivierte und verspiegelte Rückseiten zu, die eine höhere Ausbeute des oberen Bereichs des Sonnenspektrums versprechen, und machen auch vor der Modulherstellung nicht halt. Die Schmid Group zeigt mit ihren Prozessen in der Modulherstellung, dass nur die konsequente Fortsetzung der Kalibration und die Verwendung von geeigneten Standardmaterialien zur Verkapselung die Effizienzgewinne des selektiven Emitters auch im Modul sicherstellen.
Weil Hersteller von Solarzellen und Modulen nicht auf die vielversprechenden neuen Technologien verzichten wollen, darf man hoffen, dass in der Massenproduktion beider Produkte neben weiteren Verbesserungen auch bald neu normiertes Sonnenlicht scheinen wird.
Dabei sind die Abweichungen zwischen Messequipment-Lampen und der Norm längst bekannt. Zum Beispiel hat das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme (ISE)1 2009 in Zusammenarbeit mit bedeutenden deutschen Zellherstellern und Messtechnik-Anbietern eine Analyse der physikalischen Ursachen vorgenommen, die zu Messunsicherheiten in der Zell- und Modulproduktion führen und dabei auch das Spectral Mismatch als kritischen Faktor benannt2.
Die Branche tut gut daran, das Thema Spectral Mismatch ernst zu nehmen, was am Beispiel des selektiven Emitterätzens deutlich wird: Die junge Technologie, die inzwischen mit großem Interesse von Zellproduzenten nachgefragt wird, erreicht ihre vielversprechenden Effizienzgewinne von bis zu 0.8% im Lichtspektrum unter 450 nm. Da die Solarzelle gerade in diesem Bereich vom Standard-Messequipment kaum stimuliert wird, bleiben die Effizienzgewinne nahezu unsichtbar.
Fatal wird es, wenn Zellherstellern die technischen Grenzen ihres Messequipments nicht bekannt sind. Dann müssen Prozessingenieure den Grund für die "verlorene" Effizienzsteigerung in einer mangelhaften Passivierung der selektiv geätzten Emitterschicht vermuten, denn gerade die von kurzwelligem Licht im Emitter generierten Elektronen-Lochpaare haben die Eigenschaft, schnell zu rekombinieren und benötigen eine zuverlässige Passivierung. Diese wird über die Dicke der Siliziumnitritschicht (SiNx-Schicht) gesteuert. Also wird diese Dicke angepasst, um einen maximalen Kurzschlussstrom zu erreichen - und zwar in Abhängigkeit vom bestehenden Messequipment. Die so erzielte Verbesserung unter künstlichem Sonnenlicht stellt bei Messungen unter normiertem Sonnenlicht aber eine Verschlechterung dar, wie eine aktuelle, noch unveröffentlichte gemeinsame Forschungsarbeit der Universität Konstanz und der Schmid Group zeigt, die sich mit den Auswirkungen des Spectral Mismatch in der Praxis beschäftigt.
Dr. Helge Haverkamp, Forschungsleiter im Bereich Photovoltaik der Schmid Group, und Dr. Christian Buchner, Leiter des Geschäftsbereichs ZELLE der Schmid Group, setzen nun auf Aufklärung der Zellhersteller und anderer Marktteilnehmer: Idealerweise sollte die Leistungsfähigkeit des Messequipments von unter 450 nm bis weit in den ultravioletten Bereich hinein verbessert werden, was zur Zeit aber noch mit hohen Kosten verbunden ist. Zellhersteller, die bis zum Eintreten von Preissenkungen mit Standard-Equipment weiterarbeiten möchten, sollten sich intensiv mit den Schwächen ihres Messequipments auseinandersetzten und es nicht versäumen, Referenzzellen in einem Kalibrierlabor vermessen zu lassen - so die Empfehlung.
Als Best Practice führt Dr. Buchner die Einführung der Schmid-Technologie zur Herstellung von Zellen mit selektivem Emitter im kombinierten Druck- und Ätzverfahren (siehe nebenstehende Box) bei Sunrise Global Energy (Taiwan)3 an. Sunrise produziert mit dem leicht integrierbaren Schmid-Equipment erfolgreich Hocheffizienzzellen in einer 60 MW-Linie und hat für das zweite Halbjahr 2011 bereits Erweiterungen geordert. Die bei Sunrise erzielten Effizienzsteigerungen und Produktionskostensenkungen auf hohem Niveau waren aber nur deshalb möglich, weil der Zellhersteller gezielt in Messequipment investiert hat und konsequent auf die ordnungsgemäße Kalibration achtet.
Die Effekte des Spectral Mismatch, die für die Technologie des selektiven Emitterätzens gelten, treffen in ähnlicher Weise auf die Verbesserungen durch dielektrisch passivierte und verspiegelte Rückseiten zu, die eine höhere Ausbeute des oberen Bereichs des Sonnenspektrums versprechen, und machen auch vor der Modulherstellung nicht halt. Die Schmid Group zeigt mit ihren Prozessen in der Modulherstellung, dass nur die konsequente Fortsetzung der Kalibration und die Verwendung von geeigneten Standardmaterialien zur Verkapselung die Effizienzgewinne des selektiven Emitters auch im Modul sicherstellen.
Weil Hersteller von Solarzellen und Modulen nicht auf die vielversprechenden neuen Technologien verzichten wollen, darf man hoffen, dass in der Massenproduktion beider Produkte neben weiteren Verbesserungen auch bald neu normiertes Sonnenlicht scheinen wird.
