Quantitatives Verständnis von Lock-in-Thermographie an Dünnschicht-Solarmodulen

Abstract

Neben Photo- und Elektrolumineszenz ist Lock-in-Thermographie (LIT) eine der wichtigsten Labortechniken zum Verständnis der Leistungsverlustmechanismen in Solarzellen. Die beiden Hauptvorteile der LIT gegenüber stationärer Thermographie sind eine um mehrere Größenordnungen verbesserte Nachweisempfindlichkeit und eine deutliche Verbesserung der Ortsauflösung.Die Bildentstehung durch die Wärmeausbreitung in thermisch dünnen Proben wie mono- und multikristallinen waferbasierten Silizium-Solarzellen ist gut verstanden. Die Theorie kann angewendet werden, um die Frequenzabhängigkeit von Ortsauflösung und Signalintensität zu verstehen, Signale zu simulieren oder zu entfalten und das Wärmeaustauschverhalten mit der Umgebung zu verstehen. Werden vollständige Module statt einzelner Zellen untersucht, ergeben sich insbesondere für Dünnschichtmodule eine Reihe von neuen Fragestellungen: Wie verhalten sich Signalform, Ortsauflösung und Signalphase in Schichtsystemen? Welchen Einfluss hat der Wärmeaustausch mit der Umgebung auf das Signal? Wie lässt sich die Temperatur des aktiven Zellmaterials kontrollieren? Kann man auch durch eine Laminatschicht oder gar durch eine Glasschicht hindurch Thermographieaufnahmen der Zellen gewinnen? Diese Fragen werden in den ersten drei Kapiteln dieser Arbeit theoretisch und experimentell behandelt. Es wurden vor allem Silizium-Dünnschichtmodule des Herstellers CSG Solar untersucht. Dieses Zellkonzept erfordert eine Kontaktierung durch p+- und n+-Kontaktlöcher, die nebeneinander angeordnet sind. Durch diese spezielle Anordnung werden Heiz- und Kühlterme aufgrund des Peltiereffekts an den Kontakten beim Stromfluss in der Solarzelle stärker als bei waferbasierten Zellen sichtbar. In Kapitel 4 werden Literaturwerte zusammengestellt und ein neues thermographiebasiertes Messverfahren für den Peltierkoeffizienten vorgeschlagen. In Kapitel 5 wird dieses Wissen angewendet um thermoelektrische Effekte aus Aufnahmen von CSG-Modulen herauszurechnen und quantitative Aussagen über die dominanten Verlustmechanismen in diesen Modulen zu gewinnen.