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Grundlegendes Verständnis des PID-Effekts

Am Fraunhofer CSP gelang es, die physikalischen Grundlagen des Defekt-Mechanismus aufzuklären. Es zeigte sich: Winzige Fehler auf der nanoskopischen Ebene sorgen dafür, dass in großen Solarmodulen Leistungsverluste bis hin zum Totalausfall auftreten können. Wie die Forscher in Halle erkannten, verursachen Kristalldefekte im Silizium die Kurzschlüsse (Shunts), die bei PID auftreten. Diese Kristalldefekte werden als Stapelfehler bezeichnet und haben Längen von nur wenigen µm und eine Dicke von nur einer Atom-Lage. Sie werden durch das Eindringen von Natriumatomen elektrisch leitend, sodass Kurzschlüsse entstehen.

Auf Basis dieses grundlegenden Verständnisses des PID-Effekts wurde ein Prüfverfahren auf Zellebene entwickelt und patentiert. Die Firma Freiberg Instruments, als Spezialist für industrielle Halbleitermesstechnik, entwickelte dieses Testverfahren als Lizenznehmer zur Industriereife weiter.

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Professor Jörg Bagdahn, Leiter des Fraunhofer CSP in Halle: „PIDcon ist ein Paradebeispiel für die hohe materialwissenschaftliche Kompetenz des Fraunhofer CSP und den Praxisbezug unserer Arbeit. Basierend auf grundlegenden, materialwissenschaftlichen Untersuchungen zum PID-Effekt konnten wir einen Test entwickeln, der die Bewertung des Degradationsverhaltens zuverlässig auf Zellenebene ermöglicht und vielfältige Einsatzmöglichkeiten bietet. Mit Freiberg Instruments haben wir einen Industriepartner gefunden, der das Verfahren und das Gerät nun weltweit vermarktet.“

Mit dem Gerät können Solarzellen oder Verkapselungsmaterialien in einer einfachen Prozedur mit deutlich geringeren Material-, Energie- und Arbeitsaufwand als in dem herkömmlichen Testverfahren geprüft werden. Das erleichtert die Qualitätskontrolle und Fertigung von Solarzellen und Solarmodulen.

Große Nachfrage aus Europa und Asien

Das Verfahren zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass es ohne die kostenintensive Herstellung von kompletten Solarmodulen und deren Tests in großen, dafür eigens betriebenen Klimakammern auskommt.

Stattdessen werden im PIDcon einzelne, unverkapselte Solarzellen geprüft und dabei genau den Bedingungen ausgesetzt, unter denen PID abläuft: erhöhte Temperaturen sowie ein hohes elektrisches Potenzial zwischen Glasoberfläche und Solarzelle. Dafür wird auf der Solarzelle der Schichtstapelaufbau eines Solarmoduls nachgebildet. So können auf kleinerer Fläche der PID-Effekt provoziert und die Degradation in Echtzeit gemessen werden. Auch die Auswirkung verschiedener Polymer-Verkapselungsfolien oder Gläser auf die PID-Resistenz von Solarmodulen lässt sich testen.

Die Nachfrage auf dem Markt sei hoch, sagt Dr. Kay Dornich, Geschäftsführer von Freiberg Instruments: „Die ersten Geräte wurden bereits an namhafte Unternehmen und Forschungsinstitute in Europa und Asien ausgeliefert.

Mit dem PIDcon-Tester bieten wir den Solarzellen-Herstellern die Möglichkeit, die PID-Resistenz ihrer Zellen produktionsbegleitend zu überwachen. Für Modulhersteller besteht jetzt die Möglichkeit, in der Eingangskontrolle die Qualität der Solarzellen zu überprüfen. Darüber hinaus existiert in den Forschungsabteilungen der Firmen und bei Forschungseinrichtungen der Bedarf, den PIDcon-Tester für die Entwicklung neuer Zellkonzepte und von PID-Vermeidungsstrategien einzusetzen.“

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