Forscher bestimmen Solarzellenqualität mit modifizierter handelsüblicher Kamera

Ein Forschungsteam der Universität Stuttgart, des Forschungszentrums Jülich und des Solarzentrums Stuttgart haben eine handelsübliche, für Infrarotfotografie entwickelte Kamera so modifiziert, dass sie das schwache Licht von Solarzellen bei angelegter Spannung erfassen und aus dem Bild deren Qualität bestimmen können. Normalerweise sind solche Messungen der Elektrolumineszenz von Solarzellen nur mit teuren Spezialkameras möglich.

Der Wirkungsgrad von Solarzellen wird meist über die Elektrolumineszenz-Quantenausbeute bestimmt, der im direkten Zusammenhang mit der Zellspannung steht. Die Güte einer Solarzelle misst sich an der Höhe der Ausbeute: je höher, desto besser.

Analyse von Infrarotbildern

Sichtbar machen lässt sich die Elektrolumineszenz über Infrarotbilder, die von einer Solarzelle bei angelegter Spannung aufgenommen werden. Das klappt lediglich mit teuren Spezialkameras. Um eine zuverlässige Messung des Wirkungsgrades aus dem Bild zu bestimmen, muss dazu die Lichtempfindlichkeit der Kamera bekannt und sie genau kalibriert sein. So kann durch die aufgezeichnete Helligkeit in einzelnen Bildbereichen ein quantitatives Ergebnis berechnet werden, das Aufschluss über die Qualität einer Solarzelle gibt.

Die Wissenschaftler wollten ausprobieren, ob sich solche Messungen auch mit preiswerterem Equipment durchführen lassen. Ihre Forschungsergebnisse haben sie in der Studie „New camera model for absolute quantum efficiency measurements from electroluminescence of solar cells or modules“ festgehalten, die in Journal of Applied Physics erschienen ist.

Sie setzten zur Messung der Elektrolumineszenz eine handelsübliche und damit preiswertere Kamera ein, die über keinen internen Infrarot-Sperrfilter verfügt. Solche Kameras werden etwa für Nachtaufnahmen des Himmels oder das Erstellen von künstlerischen Infrarotbildern eingesetzt. Vor das Kameraobjektiv montierten die Forscher einen Langpassfilter zur Reduzierung des sichtbaren Hintergrundlichtes. Die Kamera kann so die Infrarotstrahlung der Solarzelle besser erfassen. Die absolute Lumineszenz-Quantenausbeute bestimmten die Forscher mittels eines physikalischen Kameramodells und einer entsprechenden Kalibrierung.

Die Wissenschaftler wollen herausfinden, ob sich die Kamera durch Anpassungen auch für weitere Einsatzmöglichkeiten eignet. Die Kamera soll nun dazu genutzt werden, um die Quantenausbeuten und Leerlaufspannungen von noch nicht charakterisierten Solarzellen zu bestimmen. Die Forscher nehmen an, dass sich das Modell auch für Photolumineszenzmessungen und Messungen bei Tageslicht eignet.