Die Forscher des Cal Lab PV Modules des Fraunhofer ISE haben einen Sonnensimulator entwickelt, mit dem sie Tandemsolarzellen mit Perowskithalbleitern in Kombination mit einer Siliziumbasis kalibrieren können. Sie können mit dem neuen Simulator sowohl Solarzellen im Labormaßstab von fünf mal fünf Millimeter als auch ganze Module bis zu einer Größe von 2,40 mal 1,30 Meter vermessen und deren Effizienz bestimmen.
Lichtspektren einstellen
Der Simulator hat 28 unterschiedliche spektral einstellbare Lichtkanäle, verteilt auf 40 Lichtquellen mit insgesamt 18.400 LED. Damit erreichen die Entwickler einen sehr großen Wellenlängenbereich von 320 bis 1.650 Nanometer. Die Entwicklung war nicht einfach. „Beim Bau des Sonnensimulators mussten wir zum einen gewährleisten, dass die LED-Beleuchtung die Module über die gesamte Fläche hinweg homogen bestrahlt und zum anderen deren Lichtspektren so einstellbar machen, dass alle Zellschichten realitätsnah aktiviert werden“, erklärt Falko Griehl, Projektleiter für den Sonnensimulator Sinus 3000 Advanced bei Wavelabs Solar Metrology Systems.
Alle Zellschichten anstrahlen
Das Unternehmen hat den Simulator auf Basis der Entwicklung des Fraunhofer ISE gebaut. „Mit dieser Technologie können wir jenseits der Standardspektren auch das Licht zu beliebigen Tageszeiten und Regionen simulieren, so dass man deren Einfluss auf Tandemmodule untersuchen kann“ sagt Griehl. Das ist besonders bei der Vermessung von Tandemsolarzellen notwendig. „Denn alle Zellschichten müssen von unterschiedlichen Lichtquellen unter möglichst genau den Bedingungen angestrahlt werden, unter denen sie auch bei Sonnenlicht Strom produzieren würden, um dann Aussagen über den Wirkungsgrad der Gesamtzelle und des Moduls machen zu können“, erklärt Martin Schubert, Leiter des Projekts am Fraunhofer ISE.
Tandemzellen auch mit anderen Materialien vermessen
Die durch die längere Ausleuchtung entstehende Wärme während einer Modulcharakterisierung gleicht ab 2024 eine zusätzlich installierte Klimakammer aus, in der die Tandemsolarzellen und die damit gefertigten Module für die Vermessung platziert werden. Im nächsten Schritt wollen die Forscher mit dem Sonnensimulator zusätzlich ein Testverfahren für die Perowskit-Silizium-Tandemtechnologie entwickeln. Der Simulator ermöglicht auch die Charakterisierung von Mehrfachsolarzellen und Modulen mit solchen Zellen aus anderen Materialien. (su)
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