LABO Juli/August 2010 40 FACHBEITRAG Gerätegeneration können die Forscher Ersatzschaltbilder ent- wickeln, die die Prozesse in So- larzellen über sieben Frequenz- größenordnungen hinweg darstellen.
Die Vorteile dieser Technologie sind: • Alle Prozesse im Frequenzbe- reich werden detailliert auf- geschlüsselt, darunter der Se- rienwiderstand, die chemische Kapazität, der Rekombinati- onswiderstand und die Impe- danz blockierender Elektro- denkontakte.
• Alle Parameter werden in einem einzigen Messdurch- gang erfasst.
• Die gemessenen Daten kön- nen auf der Basis der Ersatz- schaltbildanalyse untersucht werden.
Prozesse werden da- bei einfach als passive Schalt- kreiselemente dargestellt.
Mithilfe solcher Modelle las- sen sich zum Beispiel Faktoren, die die Leistung einer Zelle beeinträchtigen, sehr schnell ermitteln.
Bild 3 zeigt ein Diagramm einer Impedanzspektroskopie über einen großen Frequenz- bereich einer beleuchteten So- larzelle bei unterschiedlichen Gleichstrom-Vorspannungen.
Die Wechselstrom-Amplitude lag bei 100 mV.
In diesem Nyquist- /Cole-Cole-Diagramm werden die Imaginär- und Realteile der Impedanz bei unterschiedlichen Anregungsfrequenzen darge- stellt.
Alternativ lassen sich die Impedanz-Daten in vielen an- deren Formaten abbilden.
So unterstützt das ModuLab MTS auch das Bode-Format sowie eine Reihe weiterer Darstel- lungsmöglichkeiten (Kapazitanz und Permittivität vs.
Frequenz, Wechselspannung und Wechsel- strom vs.
Frequenz).
Bild 3 ermöglicht viele inter- essante Rückschlüsse: An dem Punkt, an dem sich die Span- nung der Inversionsregion der Solarzelle nähert, zeigt das Im- pedanz-Spektrum zwei klar er- kennbare Zeit-Konstanten – die beiden Halbkreisbögen bei V = 1,0 V.
Das Vorhandensein eines Niedrigfrequenzbogens (Fre- quenz 1 kHz) ist ein Hinweis darauf, dass der Rekombinati- onswiderstand den Betrieb der Solarzelle im niedrigen Span- nungsbereich beeinfl usst.
Bei steigender Spannung lässt der Einfl uss nach.
Diese Art von Informationen macht es Forschern leicht, klare Aussagen über die Prozesse und die Materialeigenschaften in ei- ner Solarzelle zu treffen und das System bei Bedarf zielgerichtet zu optimieren.
Und noch eines macht das Beispiel deutlich: Di- ese Art der Prozesskontrolle er- fordert Messgeräte, die auch im Bereich von deutlich unter 1 kHz noch zuverlässige Ergebnisse lie- fern.
Fazit Elektrische Messungen bieten Forschungs- und Entwicklungs- laboren viele Ansatzpunkte, um mehr über die Eigenschaften neuer Solarzellen-Generati- onen herauszufi nden und deren Wirkungsgrade zu verbessern.
Wichtig ist dabei, die Messtech- nologie stets auf dem neuesten Stand der Technik zu halten.
Nur so können die Labore auch langfristig den steigenden An- forderungen der Industrie ge- recht werden.
Die Investition in neue Geräte rechnet sich meist schon in kurzer Zeit: Moderne Messinstrumente arbeiten deut- lich effi zienter, da sie alle erfor- derlichen Messtechniken – I-V, C-V und Impedanz – in einem einzigen Gerät und unter einer einheitlichen Bedienoberfl äche zusammenführen.
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Messgerät ModulLab MTS ?? 110 ? Ametek, Meerbusch, Tel.
02159/9136-0, Fax 9136-39, www.ametek.de Tabelle 1: I-V-, C-V- und Impedanz-Analyse im Vergleich.
Technologie Parameter Spannungs bereich Strombereich Frequenz bereich I-V (linear, stufen- weise, Impuls, Dif- ferenzial-Impuls) Wirkungsgrad, Maximal leistung, Kurzschlussstrom, Leerlauf spannung, I max, V max, FF Aufl ösung von 1 ?V bis zu kV (mit externem Verstärker) Aufl ösung von ±0,15 fA bis 20 A NA C-V (linear, stu- fenweise, mit Be- nutzerdefi niertem Impuls) Mott-Schottky, NC, Drive-Level Aufl ösung von 1 ?V bis zu kV (mit externem Verstärker) Aufl ösung von ±0,15 fA bis 20 A 1 MHz bis 10 ?Hz Impedanz Phase, Impedanz, Permettivität, Kapazität Aufl ösung von 1 ?V bis zu kV (mit externem Verstärker) Aufl ösung von ±0,15 fA bis 20 A.
100 ?? bis 100 T?.
1 MHz bis 10 ?Hz , LABOO ABO LA O O O O ABO
