Forscher des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme (Fraunhofer ISE) haben ein neues Verfahren zur präzisen und rückverfolgbaren spektralen Justierung von LED-basierten Sonnensimulatoren für Messungen großflächiger Perowskit-Silizium-Tandem-Solarmodule entwickelt. „Wir haben erstmals gezeigt, wie eine vollständige Kalibrierung großflächiger Perowskit-auf-Silizium-Tandemsolarzellenmodule durchgeführt werden kann, indem die spektrale Variabilität von LED-basierten Sonnensimulatoren konsequent genutzt wird“, erklärte der Hauptautor der Studie, David Chojniak, gegenüber pv magazine. „Durch die Messung der externen Quanteneffizienz (EQE), Leistungsmessungen, die Bestimmung von Temperaturkoeffizienten sowie Untersuchungen der Modulleistung unter variablen spektralen Bedingungen in einem einzigen Versuch bietet der Aufbau ein enormes Potenzial für die Etablierung von Tandemkalibrierungen mit LED-basierten Sonnensimulatoren“, fügte er hinzu.
In der Studie „Traceable Efficiency Determination of Large-Area Perovskite on Silicon Tandem Modules—Insights From a Calibration Laboratories Perspective“, die in Progress in Photovoltaics veröffentlicht wurde, erklärten Chojniak und seine Kollegen, dass das vorgeschlagene Verfahren mit einem einzigen Messaufbau für die vollständige Modulkalibrierung durchgeführt werden kann, wobei die vollständige externe Quanteneffizienz-Messung des Moduls auf der Grundlage der schmalen Emissionsspektren der verschiedenen im Aufbau verwendeten LED-Typen erfolgt.
Für ihre Experimente verwendeten sie einen Wavelabs SINUS-3000 Advanced LED-basierten Sonnensimulator, der mit 26 Lichtquellen, die alle ein unterschiedliches Spektrum abgeben, ausgestattet ist. Die Wissenschaftler steuerten den Sonnensimulator mit der hauseigenen LabVIEW-Software. „Der Abstand zwischen dem Sonnensimulator und dem zu testenden Gerät betrug sieben Meter“, heißt es in der Veröffentlichung. „Die Größe der beleuchteten Fläche betrug 2,86 Quadratmeter, wobei eine mittlere spektrale Ungleichmäßigkeit von 0,95 Prozent erreicht wurde. Der Simulator wurde in einem temperaturkontrollierten Labor aufgestellt, das schwarz gestrichen war, um Reflexionen zu reduzieren.“
Das Forschungsteam untersuchte auch, wie sich die begrenzte Auflösung und Genauigkeit der externen Quanteneffizienz auf die spektrale Anpassung des Sonnensimulators auswirkt. Die Analyse ergab, dass das neue Verfahren eine „gute qualitative“ Übereinstimmung mit den Messungen der externen Quanteneffizienz mit dem LED-Aufbau bietet, die am Fraunhofer ISE CalLab PV Cells durchgeführt wurden.
Die Wissenschaftler passten auch das Spektrum von LED-basierten Sonnensimulatoren für die Messungen von Tandemzellen und -modulen gemäß der Norm IEC60904-1-1 an, die Verfahren zur Messung der Strom-Spannungs-Eigenschaften von Mehrfach-Photovoltaik-Bauelementen beschreibt. „Dieses Verfahren zur Feinabstimmung des Spektrums des Simulators basiert auf minimalen Änderungen seiner Form, wodurch die Neuberechnung der Spektralfehlanpassungsfaktoren entfällt und somit ein iterativer und zeitaufwändiger Anpassungsprozess vermieden wird“, betonten die Forscher.
„Das vorgeschlagene Verfahren reduziert den Aufwand für die Handhabung der Geräte, die Zeit und damit auch die finanziellen Kosten erheblich“, schloss Chojniak.
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