Diagnostik und Metrologie Solarzellen

Ganzheitliche Analyse- und Messmethoden für Photovoltaik- und PEC‑Technologien

Solarenergie nutzen: Leistung, Langlebigkeit und Kosteneffizienz sind die entscheidenden Kennwerte für alle Technologien zur Energiegewinnung aus Sonnenlicht. Gemeinsam mit industriellen Auftraggebern sowie  Partnern in Forschung und Entwicklung arbeitet die Gruppe »Diagnostik und Metrologie Solarzellen« an diesen Themen mit einem Fokus auf der Photovoltaik (PV) und künstlichen Photosynthese (PEC).

Das Team »Elektrische Charakterisierung« mit den Schwerpunkten Metrologie und Data Science ist dabei eng verbunden mit dem Team »c-Si Defektdiagnostik« mit Schwerpunkten in der mikrostrukturelle Materialanalytik und dem IP-Schutz. Dabei setzen sie Maßstäbe in der anwendungsnahen Messtechnik, Datenanalytik von Produktions- und Labordaten sowie Schadens- und IP-Verletzungsanalysen.

Dafür steht ein breites Spektrum materialwissenschaftlicher Methoden zur Verfügung – von einer industriellen Lab-to-Fab Metrologieplattform für die Erforschung von In-Line-Charakterisierungsmehoden bis hin zur atomaren Mikrostruktur- und Dünnschichtdiagnostik. Darüber hinaus werden in internationalen Kooperationen neue Schichtsysteme und Laserstrukturierungen für die Solarzellen der nächsten Generation entwickelt.

 

Wir bieten:

  • Indoor- und Outdoor Testplattformen für PV- und PEC-Anwendungen, z.B. Bill-of-Materials-Tester
  • Softwarelösungen zur Datenanalytik, z.B. die Statistical Multi-Image Analysis Software StaMIA
  • Mikrostrukturdiagnostik an komplexen Schichstapeln, z.B. für Tandemsolarzellen

Forschungsthemen

 

Labor- und Produktionsmesstechnik

 

Datenanalytik, Scientific Software Development

 

Hochaufgelöste Schichtcharakterisierung

 

Schutz geistigen Eigentums (IP-Schutz)

 

Funktionale Gläser

 

Siliziumfilter und Analytik für die Mikro- und Nanoplastik

Geräteausstattung

© Fraunhofer CSP
Die am Fraunhofer CSP vorhandene Mess- und Klassifizierungsplattform »MK4« bietet Prozess- und Datenanalytik für die Hochleistungs-Photovoltaik-Produktion.

Lab-to-Fab-Plattform

Methoden

  • Statistische Qualitätskontrolle an Solarzellen mittels industrienaher, automatisierter Messplattform
  • Erprobung von KI-Algorithmen zur Produktionsüberwachung
  • Erprobung neuer Geräte und Messmethoden für die Solarindustrie

Geräte

  • Automatisierte Zellmessstrecke für Solarzellen bis zum M12-Format
  • LECO-Laserbehandlung mit LBIC-Prozessüberwachung
  • Lasermarkierung zur zellindividuellen Zuordnung von Messwerten
  • Elektrische Charakterisierung von Solarzellen mittels WAVELABS LED-Sonnensimulator und EL-Kamera
  • MES-Modellsystem und -datenbank
  • Leermodul für Integration neuer Inline-Mess- und Prozessgerät
Sonnensimulator zur Untersuchung lichtinduzierter Degradation (LID) mit variabler Lichtintensität und temperaturgeregelten Alterungstests für Solarzellen und PV‑Materialien
© Fraunhofer CSP
Sonnensimulator zur Untersuchung lichtinduzierter Degradation (LID) mit variabler Lichtintensität und temperaturgeregelten Alterungstests für Solarzellen und PV‑Materialien.

Elektrische und optische Charakterisierung

  • Injektionsabhängige Ladungsträgerlebensdauer (Si-Block, Wafer)
  • Ladungsträgerlebensdauer-Mapping (Si-Block, Wafer)
  • Leitfähigkeitsmessungen (4-Punkt-Methode, Wirbelstrommethode)
  • Ortsaufgelöste Elektrolumineszenz (Zellen, Minimodulen)
  • Ortsaufgelöste Photolumineszenz (Si-Block, Wafer, Zelle, Minimodul)
  • Ortsaufgelöste Lock-In-Thermographie (Zellen, Minimodule)
  • Licht-induzierter lokaler Strom LBIC (Zellen, Minimodule)
  • Interne und externe Quanteneffizienz (Zellen, Minimodule)
  • Charakterisierung von Passivierungsschichten
  • Dotierprofile basierend auf Leitfähigkeitsmessungen
  • I-V-Kennlinien und Parameterbestimmung (Zellen, Minimodule)
  • Sonnensimulator (LED-Leuchteinheit, Xenon-Leuchteinheit)
  • Hyperspectral Imaging (HSI)
UHV-Kammer des ToF-SIMS
© Fraunhofer CSP
In der UHV-Kammer des ToF-SIMS wird mit Hilfe von Ionensputterquellen die chemische Zusammensetzung einer Probe bestimmt.

Defektdiagnostik und Dünnschichtcharakterisierung

  • Metallographie, ionen- und laserstrahlbasierte Präparationstechnik
  • ns-Laserstrukturierung (1064 nm, 566 nm, 355 nm)
  • Inkjet-Printing
  • Lichtmikroskopie (sichtbar, NIR, Modulmikroskopie)
  • Elektrolumineszenz-Mikroskopie (µ-EL)
  • Lock-in Thermographie (DLIT)
  • Laser-Scanning-Mikroskopie (LSM)
  • Analytische Rasterelektronenmikroskopie (REM) mit EDX, EBSD, EBIC
  • Transmissionselektronenmikroskopie (TEM)
  • Fokussierte Ionenstrahlanlagen (FIB)
  • Flugzeitsekundärionenmassenspektrometrie (ToF-SIMS)
  • Röntgen-Photoelektronenspektrometrie (XPS)
  • Rastersondenmikroskopie (AFM)
  • Elektrische Mikrosondencharakterisierung
  • Ultraschallmikroskopie (SAM)
Prüfgerät PIDcon
© Fraunhofer CSP
Mit dem Prüfgerät PIDcon lässt sich die Potenzial-induzierte Degradation (PID) schon auf Solarzellenebene nachweisen.

Geräte- und Sensorbau