Neues Verfahren zur Riss-Untersuchung bei Solarzellen
Am Fraunhofer-Center für Silizium-Photovoltaik CSP wurde ein Verfahren entwickelt, mit dem die Rissentstehung während der Belastung und unter definierten Randbedingungen untersucht werden kann.
Das neuartige Verfahren zur systematischen Untersuchung von Rissen in verkapselten Solarzellen wurde im Rahmen eines vom Bundesministerium für Bildung und Forschung geförderten Projektes im Rahmen des Spitzenclusters "Solarvalley Mitteldeutschland" am Fraunhofer CSP entwickelt.
Der Nachwuchswissenschaftler Dr. Martin Sander erklärt sein Verfahren so: "Wir haben hierfür spezielle und günstige Prüfkörper entwickelt, so dass das Verfahren auch im großen Maßstab in der Industrie eingesetzt werden kann, um die Modulzuverlässigkeit zu verbessern".
Bei dem neuen Verfahren werden Solarzellen im Modullaminat unter definierten Randbedingungen mechanischen Belastungen ausgesetzt. Dazu wurde eine Universalprüfmaschine mit 4-Punkt-Biegeeinrichtung mit einer Elektrolumineszenz-Kamera (EL-Kamera) kombiniert und ein automatischer Versuchsablauf programmiert.
Die Belastung wird schrittweise erhöht. Bei jedem Lastschritt wird eine EL-Aufnahme erzeugt, sodass am Ende des Versuchs Risse exakt der Belastung zugeordnet werden können, bei der sie entstanden sind. Mit Hilfe von Ergebnissen aus einer Finite-Elemente-Simulation kann jeder Rissentstehung eine Bruchspannung zugeordnet werden.
"Als Ergebnis wird eine sogenannte In-Laminat-Festigkeit berechnet, was nach dem bisherigen Stand der Technik nicht möglich war", unterstreicht Sander.
Damit ist es möglich zukünftige Modulaufbauten mit neuartigen Solarzellen, Gläsern oder Verkapselungsmaterialien unter definierten Laborbedingungen zu analysieren und die Wahrscheinlichkeit einer Rissbildung unter einer mechanischen Belastung vorherzusagen.
Es hat sich gezeigt, dass der entwickelte Versuch zur Bestimmung der In-Laminat-Festigkeit sensitiv auf Änderungen der mechanischen Eigenschaften der Modullaminate reagiert. Das erlaubt es, Veränderungen durch geänderte Herstellungsbedingungen oder Alterung festzustellen. Dabei wird die Bruchfestigkeit der Solarzellen lediglich als Indikator für die stattfindenden Änderungen genutzt.
Das Fraunhofer CSP bietet den Versuch bereits standardmäßig seinen Kunden an. Die Ergebnisse werden bereits von verschiedenen Herstellern zur Produktoptimierung genutzt.
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