Der Wirkungsgrad von Solarzellen ist ein entscheidendes Kriterium. Damit dies erfüllt wird, ist eine lückenlose Prüfung der einzelnen Solarzellen in der laufenden Produktion notwendig. Eine schnelle, präzise und zerstörungsfreie Messmethode wurde an der University of New South Wales in Sydney entwickelt.
Blauer Himmel, Sonnenschein und endloser Sandstrand. Was für viele der Inbegriff des Urlaubs ist, sind gleichsam die Zutaten für sauberen Strom, der wertvolle Ressourcen schont und die Umwelt nachhaltig entlastet. Doch vom Eimer Sand, dem Rohstoff für Silizium, bis zur Solarzelle auf dem Dach ist es ein weiter Weg. Viele komplizierte Verarbeitungstechniken nehmen Einfluss auf den Wirkungsgrad des Endprodukts. Und dieser ist am Ende entscheidend, wenn es um die Konkurrenzfähigkeit dieser regenerativen Energie geht.
Messungen der wichtigsten Materialeigenschaften nach jedem Bearbeitungsschritt liefern die entscheidenden Erkenntnisse darüber, wo und wie die Effizienz zur Erzeugung von Strom aus Sonnenlicht auf der Strecke bleibt oder erhöht wird. Und wenn die Messverfahren schnell genug sind, können sie auch in der laufenden Produktion die Qualität jeder einzelnen Solarzelle lückenlos überwachen.
Was sich für Forscher, Entwickler und Produktionsleiter paradiesisch anhört, war in der Realität lange Zeit nicht zu haben. Zwar gab es verschiedene Messverfahren zur Bestimmung der Ladungsträger-Lebensdauer in Siliziumscheiben oder des punktuellen elektrischen Widerstandes innerhalb einer fertigen Solarzelle. Doch die Ermittlung der Messdaten über die gesamte Fläche eines Wafers oder einer Solarzelle dauerte bis zu einer Stunde. Moderne Produktionsanlagen verarbeiten Solarzellen jedoch im Sekundentakt. Hinzu kommen schwerwiegende Nachteile bei speziellen Messverfahren, die Proben beispielsweise durch Berührung regelrecht zerkratzen und daher nur für Stichproben taugen.
Eine schnelle, präzise und zerstörungsfreie alternative Messmethode entwickelten Professor Thorsten Trupke und Dr. Robert Bardos an der University of New South Wales (UNSW) in Sydney, Australien. Das Prinzip beruht auf der Messung von photoinduziertem Licht: Materialien senden bei Beleuchtung ein charakteristisches Licht aus. Mit einer genauen Auswertung dieser Photolumineszenz lassen sich wichtige Materialeigenschaften ermitteln. In wissenschaftlichen Anwendungen ist dies ein etabliertes Standardverfahren. Doch leider galt es ausgerechnet bei Silizium lange Zeit als unpraktisch oder zu langsam. Die Photolumineszenz ist in diesem speziellen Fall so gering, dass eine genügend schnelle Messung unmöglich erschien.
Thorsten Trupke erkannte bei seinen Forschungsarbeiten mit Silizium am Centre of Excellence for Advanced Silicon Photovoltaics an der UNSW das Potenzial für ein bildgebendes Messverfahren, dass sich sogar in der Industrie einfach einsetzen lässt. Der Schlüssel ist der gezielte Einsatz von Lasertechnik. Die Beleuchtung mit Hochleistungs-Diodenlasern und der Einsatz eines optischen Filtersystems für die Messung der schwachen Signale machen flächige Auswertungen mit hoher räumlicher Auflösung in kurzer Zeit möglich. Das sind ideale Voraussetzungen für einen breiten Einsatz im industriellen Umfeld, sprich in der Photovoltaikindustrie.
Brigitte Diefenbacher Leiterin der Berthold Leibinger Stiftung in Ditzingen
Laser als Schlüssel zum Erfolg
Das Unternehmen BT Imaging
Im Jahr 2001 von Deutschland nach Australien übergesiedelt, lebt und forscht Thorsten Trupke in Sydney. Als er 2004 eine Stellung als Associate Professor annahm, schloss sich der Australier Robert Bardos seiner Arbeitsgruppe an. Gemeinsam entwickelten sie Schritt für Schritt das Messverfahren, bauten erste Geräte auf und testeten den Nutzen in den Solarzellen-Produktionsanlagen an der Universität. Schließlich gründeten sie 2007 nahe Sydney mit Risikokapitalgebern das eigene Unternehmen BT Imaging. Die Firma liefert manuelle und automatisierte Messsysteme, die in der gesamten Prozesskette in der Photovoltaikindustrie zum Einsatz kommen. Die Palette reicht von den Herstellern der Siliziumblöcke und -wafer bis hin zu den Produzenten der Solarzellen.
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