WO2011033025A1

WO2011033025A1 - Verfahren und anordnung zum einstellen eines solarsimulators

Info

Publication number: WO2011033025A1
Application number: PCT/EP2010/063624
Authority: WO
Inventors: Ralf Adelhelm; Johannes Meier
Original assignee: Oerlikon Solar Ag, Trübbach
Priority date: 2009-09-16
Filing date: 2010-09-16
Publication date: 2011-03-24

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einstellen eines Solarsimulators (12), insbesondere zum Einstellen der spektralen Bestrahlungsstärke eines Solarsimulators (12). Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann insbesondere die spektrale Bestrahlungsstärke sehr genau eingestellt werden, was beispielsweise ein darauffolgendes Vermessen einer Solarzelle mit Bezug auf ihre opto-elektronischen Eigenschaften verbessert. Das Verfahren umfasst erfindungsgemäß die Schritte: a) Anordnen eines Solarsimulators in einer Ebene E1; b) Anordnen wenigstens zweier Detektoren in einer Testebene E2, wobei die Testebene E2 einen definierten Abstand A1 zu der Ebene E1 aufweist, und wobei die Detektoren eine spektrale Empfindlichkeit in einem jeweils unterschiedlichen spektralen Bereich aufweisen; c) Bestrahlen der wenigstens zwei Detektoren mit Licht eines Wellenlängenbereichs von 250nm bis 4μm, insbesondere 300nm-1900nm, besonders bevorzugt 300nm-1200nm; d) Verändern des Abstands A1 oder Einstellen der Lampenleistung des Solarsimulators derart, dass der erste Detektor einen definierten Sollwert erreicht; e) Überprüfen des Ist-Werts des zweiten Detektors (18); f) Verkleinern des Abstands A1 und Verringern der Lampenleistung des Solarsimulators für den Fall, dass das eingestrahlte Licht zu kurzwellig ist, oder Vergrößern des Abstands A1 und Vergrößern der Lampenleistung des Solarsimulators für den Fall, dass das eingestrahlte Licht zu langwellig ist, und g) Wiederholen der Schritte d) bis f) für den Fall, dass die Ist-Werte der Detektoren) von ihren Sollwerten abweichen.

Description

Beschreibung

Verfahren und Anordnung zum Einstellen eines Solarsimulators Technisches Gebiet

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zum Einstellen eines Solarsimulators. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere ein Verfahren und eine Anordnung zum Einstellen der optimalen spektralen Bestrahlungsstärke eines Solarsimulators zum Messen von Kenngrößen von Mehrfachsolarzellen.

Stand der Technik

[0002] Die genaue Messung opto-elektronischer Kenngrößen, wie etwa der

elektrischen Leistung oder der Strom-Spannungskennlinie, von Solarzellen und Solarmodulen mit einem oder mehreren pn-Übergängen,

insbesondere Ein-, Tandem- oder Mehrfachsolarzellen, ist für die

Charakterisierung und Qualitätskontrolle von photovoltaischen Elementen von großer Bedeutung.

[0003] Die Forderung nach hoher und höchster Messgenauigkeit der elektrischen Kenngrößen von Solarzellen besteht von Seiten der Zellen-Hersteller ebenso wie von Anwendern der Photovoltaik. Zentrale Schwierigkeit ist die Erzeugung und Messung von optischer Strahlung in einem geeigneten solaren Spektralbereich.

[0004] Zur Messung der elektrischen Leistung und anderer opto-elektrischer beziehungsweise opto-elektronischer Kenngrößen von photovoltaischen Elementen werden Solarsimulatoren zur Erzeugung einer Strahlung als Ersatz der solaren Strahlung eingesetzt. Ein typischer, kommerzieller, gepulster Solarsimulator, auch als„Flasher" bezeichnet, wird oftmals mit einer gepulsten Xenonlampe betrieben.

[0005] Solarsimulatoren beziehungsweise Sonnensimulatoren mit kontinuierlicher Bestrahlung oder gepulster Bestrahlung von Solarzellen sind kommerziell erhältlich. Die Anforderungen hinsichtlich der zeitlichen und räumlichen Homogenität der Bestrahlungsstärke sowie die Anforderungen an die spektrale Bestrahlungsstärke werden beispielsweise in IEC 60904-9 klassifiziert. [0006] Die Auswahl der optimalen Leistung einer Xenonlampe unterliegt vielen Kriterien, die in erster Linie durch die Eigenschaften der Lampe selbst bei der Herstellung bestimmt sind. In gepulstem Betrieb der Lampe ergibt sich in einem nominalen und festen Abstand die nominale Bestrahlungsstärke. Damit sind Lampenleistung und nominaler Abstand durch Vorgabe einer Bestrahlungsstärke oder durch Vorgabe eines Referenzdetektors festgelegt. Typischerweise wird die Leistung der Xenonlampe durch die Spannung der Ladekondensatoren vorgegeben, womit die Einstellung der Ladespannung die Vorgabe der Lampenleistung darstellt. Auch findet eine Leistungselektronik zur Steuerung der Lampenleistung ihren Einsatz. Weiterhin kann auch die Lampenleistung während des Pulses geregelt werden, was mittels eines Strahlungsdetektors mit einem Sollwert geschieht, etwa mittels Referenzsolarzellen gemäß IEC60904-2. Damit wird die Bestrahlungsstärke der Lampe konstant gehalten.

[0007] Allgemein betrachtet ist die exakte Nachbildung des Sonnenspektrums problematisch. Die technische Nachbildung eines Referenzspektrums mittels eines Solarsimulators nach Stand der Technik hat damit keine befriedigende Qualität. Jedes noch so aufwendige optische Konzept eines Solarsimulators, welches im Kern auf Filterung von Strahlung beruht, ist durch die optischen Transmissions- und Reflexionsgrade der verwendeten Filter beschränkt. Die Transmissions- und Reflexionsgrade aller optischer Filter zeichnen sich durch ihre filtertypischen Bandeneigenschaften aus, die typischerweise keine Korrelation zu spektralen Empfindlichkeiten der Solarzellen oder zu den spektralen Verläufen der Referenzspektren haben.

[0008] Diese systembedingte Ungenauigkeit der Filter resultiert in einer

Messunsicherheit des eigentlichen Testobjekts, der Solarzelle oder des Solarmoduls, was die Messgenauigkeit von Leistungsmessungen ins-besondere von Mehrfachsolarzellen wesentlich herabsetzen kann.

Darstellung der Erfindung

[0009] Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Anordnung zum Einstellen der spektralen Bestrahlungsstärke eines Solarsimulators zu schaffen, mit denen das Messen von spezifischen Kenngrößen einer Solarzelle, wie insbesondere die elektrischen Leistung oder die Strom-Spannungskennlinie, genau und einfach durchführbar ist.

[0010] Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 und eine Anordnung gemäß Anspruch 7. Besonders bevorzugte

Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

[001 1] Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einstellen eines

Solarsimulators, insbesondere zum Einstellen der spektralen

Bestrahlungsstärke eines Solarsimulators, umfassend die Schritte:

a) Anordnen eines Solarsimulators in einer Ebene Ε-ι ;

b) Anordnen wenigstens zweier Detektoren in einer Testebene E2, wobei die Testebene E2 einen definierten Abstand A1 zu der Ebene Ei aufweist, und wobei die Detektoren eine spektrale Empfindlichkeit in einem jeweils unterschiedlichen spektralen Bereich aufweisen;

c) Bestrahlen der wenigstens zwei Detektoren mit Licht eines

Wellenlängenbereichs von 250nm bis 4μηη, insbesondere 300nm-1900nm, besonders bevorzugt 300nm-1200nm;

d) Verändern des Abstands A1 oder Einstellen der Lampenleistung des Solarsimulators derart, dass der erste Detektor einen definierten Sollwert erreicht;

e) Überprüfen des Ist-Werts des zweiten Detektors (18);

f) Verkleinern des Abstands A1 und Verringern der Lampenleistung des Solarsimulators für den Fall, dass das eingestrahlte Licht zu kurzwellig ist, oder Vergrößern des Abstands A1 und Vergrößern der Lampenleistung des Solarsimulators für den Fall, dass das eingestrahlte Licht zu langwellig ist, und

g) Wiederholen der Schritte d) bis f) für den Fall, dass die Ist-Werte der Detektoren von ihren Sollwerten abweichen.

[0012] Das erfindungsgemäße Verfahren basiert auf einer iterativen Annäherung von dem Abstand der wenigstens zwei Detektoren zu dem Solarsimulator und gleichzeitig von der Lampenleistung des Solarsimulators, bis die von sämtlichen Detektoren gemessenen Ist-Werte der spektralen

Bestrahlungsstärke genau den gewünschten Sollwerten entsprechen. Das Einstellen ist daher erfindungsgemäß insbesondere ein Kalibrieren des Solarsimulators.

[0013] Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dabei insbesondere aus durch die Verwendung mindestens zweier spektral selektiver

Referenzdetektoren. Diese Detektoren weisen jeweils eine Selektivität in einem unterschiedlichen Spektralbereich auf. Einer der Detektoren ist selektiv in einem vergleichsweise energiereichen beziehungsweise kurzwelligen spektralen Anteil und kann auch als blaue Komponentenzelle bezeichnet werden. Ein weiterer Detektor ist selektiv in einem

vergleichsweise energiearmen, beziehungsweise langwelligen spektralen Anteil und kann auch als rote Komponentenzelle bezeichnet werden.

[0014] Die beiden Detektoren beziehungsweise Komponentenzellen sind

zweckmäßigerweise mit Kalibrierwerten, also Sollwerten, hinsichtlich des Referenzspektrums auszustatten (IEC60904-2, -4).

[0015] Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird davon ausgegangen, dass die Ist-Werte der der beiden Detektoren beziehungsweise ihre jeweilige spektralen Bestrahlungsstärke von den gewünschten Sollwerten abweichen. Die Sollwerte sind dabei insbesondere von den Detektoren ausgeworfene Daten, wie etwa eine Spannung, die den gewünschten Werten der spektralen Bestrahlungsstärke entsprechen. Typischerweise liegen Soll- und Ist-Werte einige Prozent auseinander.

[0016] Mit Messung der beiden Detektoren kann die Diskrepanz zwischen den Sollwerten bezüglich des Referenzspektrums und den Ist-Werten unter dem Simulatorspektrum ermittelt werden.

[0017] Das erfindungsgemäße Verfahren greift dazu die Eigenschaften des

leistungsabhängigen spektralen Verlaufs der Lampe beziehungsweise der Beleuchtungseinrichtung des Solarsimulators auf.

[0018] Dabei wird ausgenutzt, dass bei Beleuchtungseinrichtungen

beziehungsweise Lampen in Solarsimulatoren nahe dem nominalen Betriebsstrom der Lampe die spektrale Bestrahlungsstärke im relativen Verlauf zwar weitgehend konstant bleibt. Dagegen geht die Änderung der elektrischen Leistung einer Lampe jedoch einher mit der Änderung des spektralen Verlaufs. Das bedeutet eine Änderung der relativen spektralen Bestrahlungsstärke. So kann die steigende elektrische Stromdichte in der Lampe mit der Anhebung des kurzwelligen Anteils im Spektrum

beobachtet werden. Qualitativ kann für das sichtbare Licht das

physikalische Gesetz der Wienschen Verschiebung zu höherer

Farbtemperatur bei höherer Lampenleistung erkannt werden.

[0019] Das Verfahren beginnt bei einem nominalen Abstand zwischen dem

Solarsimulator, beziehungsweise zwischen der Lampe des

Solarsimulators, und den Detektoren, und einer nominalen Leistung der Beleuchtungseinrichtung des Solarsimulators. Die Nominalwerte sind dabei durch definierte Anfangswerte gegeben, die insbesondere abhängig sind von dem gewählten Solarsimulator beziehungsweise der in dem Solarsimulator verwendeten Lampe und dem verwendeten Detektor.

[0020] Dabei werden die Detektoren mit Licht einer Wellenlänge in einem Bereich von 250nm bis 4μηη, insbesondere 300nm-1900nm, besonders bevorzugt 300nm-1200nm, bestrahlt. Derartige Strahlung kann dabei die natürliche Sonnenstrahlung besonders gut imitieren und dadurch die erzielten Messungen besonders genau gestalten.

[0021] Ausgehend von diesen Nominalwerten beginnt die iterative Annäherung des Abstands zwischen dem Solarsimulator und den Detektoren beziehungsweise der Lampenleistung. Dazu wird zunächst der Sollwert eines Detektors eingestellt, bevor über eine Variation von Abstand und Lampenleistung der Sollwert des zweiten Detektors angenähert wird. Diese Schritte werden so oft wiederholt, bis beide Detektoren ihre

Sollwerte erreicht haben. Typische Veränderungen der

Verfahrensparameter liegen in der Größenordnung von 10% des nominalen Abstandes sowie 10% der Lampenleistung.

[0022] Hintergrund des Verfahrens ist dabei stets, eine Erhöhung des

kurzwelligen gegenüber dem langwelligen Spektralanteils durch Erhöhung der Leistung mit einhergehender Erhöhung des Abstandes zur

Kompensation der Bestrahlungsstärke zu erreichen bzw. eine Senkung des kurzwelligen gegenüber dem langwelligen Spektralbereiches durch Verringerung der Leistung mit einhergehender Verringerung des

Abstandes zur Kompensation der Bestrahlungsstärke zu erreichen. [0023] Da die Änderung der relativen spektralen Bestrahlungsstärke

entscheidend ist, entspricht die Erhöhung beziehungsweise Senkung des kurzwelligen gegenüber dem langwelligen Spektralbereich gleichermaßen die Senkung beziehungsweise Erhöhung des langwelligen gegenüber dem kurzwelligen Spektralbereich. Die absolute spektrale Bestrahlungsstärke wird durch den korrekten Abstand gegeben. Es ist daher frei wählbar, ob in dem Schritt d) mit dem kurzwelligen Detektor, also mit der blauen Komponentenzelle, oder mit dem langwelligen Detektor, also mit der roten Komponentenzelle, gestartet wird.

[0024] Aufgrund der Verwendung wenigstens zweier Detektoren ist das

erfindungsgemäße Verfahren in besonders geeigneter Weise zur

Einstellung der spektralen Bestrahlungsstärke eines bevorzugt gepulsten Solarsimulators zur Vermessung von Solarzellen und Solarmodulen mit mindesten zwei aktiven Übergängen geeignet. Das erfindungsgemäße Verfahren ist insbesondere für ein nachfolgendes Vermessen von

Mehrfachsolarzellen, wie etwa Tandemsolarzellen, geeignet. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann insbesondere die optimale

Einstellung des Spektrums des Solarsimulators für photovoltaische Elemente mit zwei Übergangen gefunden werden.

[0025] Mehrfachsolarzellen beziehungsweise Tandemsolarzellen umfassen zwei Solarzellen, beziehungsweise Teilzellen, die insbesondere monolithisch übereinander geschichtet sind. Die einzelnen Teilzellen werden dabei auf einen bestimmten Wellenlängenbereich optimiert. Auf diese Weise kann ein breiteres Spektrum des Sonnenlichts absorbiert werden, was den Wirkungsgrad der Mehrfachsolarzellen erhöht.

[0026] Im Fall von Mehrfachsolarzellen, wie insbesondere Tandem-Modulen

(tandem junction), wird neben der Nachbildung eines Referenzspektrums eine zusätzliche, besondere spektrale Einstellmöglichkeit gefordert:

[0027] Das (resultierende) Spektrum des Solarsimulators soll in den einzelnen Teilzellen einer Mehrfachsolarzelle dieselben Ströme generieren wie es unter dem Referenzspektrum der Fall ist. Dies ist insbesondere bedingt durch die serielle Verschaltung der Mehrfachsolarzellen beziehungsweise der Teilzellen. Da die einzelnen Ströme in der Regel am Testobjekt nicht messbar sind, da die Tandem-Zellen als Stapel aus Halbleiterschichten hergestellt werden, die nicht mehr individuell zugänglich sind, werden spezielle Strahlungsdetektoren eingesetzt, welche annähernd die spektrale Empfindlichkeit der einzelnen Teilzellen einer Mehrfachsolarzelle besitzen.

[0028] Diese Forderung wird erfindungsgemäß durch das Vorsehen wenigstens zweier Detektoren erfüllt, wobei die Anzahl der Detektoren an die Anzahl an Teilzellen angepasst sein kann.

[0029] Zur Vereinfachung werden erfindungsgemäß alle in Frage kommenden Strahlungsempfänger im Folgenden unter dem Begriff„Solarzelle" zusammengefasst, auch wenn beispielsweise die Empfänger nicht auf den photovoltaischen Effekt beruhen oder beispielsweise nur in Kombination mit weiteren Vorrichtungen die elektrischen Kenngrößen messbar werden.

[0030] Die sachdienlichen Grenzen dieses Verfahrens sind oftmals insbesondere gegeben durch die Variabilität des spektralen Verlaufs in Abhängigkeit des verfügbaren elektrischen Leistungsbereiches der Lampe sowie in der akzeptablen Inhomogenität in der Testebene, die sich in vielen Fällen ähnlich einer Punktlichtquelle mit abnehmendem Abstand erhöht.

[0031] Im Rahmen einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen

Verfahrens wird der Solarsimulator mit einem Filter verwendet, der an ein Referenzspektrum angepasst ist. Dadurch ist die spektrale Verteilung der Lampe bereits an das solare Referenzspektrum, wie typischerweise AM1.5 global, angepasst, weshalb durch das beschriebene Verfahren nur noch kleinere Ungenauigkeiten ausgeräumt werden müssen. In anderen Worten liegen die Ist-Werte der Detektoren bereits nah an ihren

Sollwerten. Besonders bevorzugt werden hier Transmissionsfilter verwendet. Das erfindungsgemäße Verfahren ist dann besonders effektiv und zeitsparend durchführbar.

[0032] Im Rahmen einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des

erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Abstand Ai durch ein Verlagern des Solarsimulators relativ zu der Testebene Ei verändert. Diese

Ausgestaltung ist besonders einfach und ohne unverhältnismäßig hohen apparativen Aufwand möglich. [0033] Im Rahmen einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Abstand Ai durch ein Verlagern der Detektoren relativ zu dem Solarsimulator verändert. Diese

Ausgestaltung ist insbesondere für eine industrielle Anwendung von Vorteil. Dabei ist es insbesondere möglich, die Verschiebemöglichkeit als Teil einer Zuführvorrichtung auszugestalten, wodurch mit dem Verfahren nicht nur der Solarsimulator einstellbar ist, sondern mit wenigen Schritten auch die zu vermessende Solarzelle vermessen werden kann.

[0034] Im Rahmen einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des

erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Solarsimulator mit einem

Neutraldichtefilter verwendet. Eine Kombination eines Neutraldichtefilters mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erhöht die Einstellmöglichkeiten und macht das erfindungsgemäße Verfahren dadurch deutlich flexibler.

[0035] Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Vermessen eines Objekts, insbesondere einer Solarzelle, umfassend die Schritte:

- Einstellen des Solarsimulators nach einem erfindungsgemäßen

Verfahren unter Verwendung eines Neutraldichtefilters Ni mit einer Transmission von insbesondere 95% und Vermessen des Objekts,

- Einstellen der Lampenleistung des Solarsimulators auf einen definierten Sollwert eines Detektors unter Verwendung eines Neutraldichtefilters N2, wobei der Neutraldichtefilter N2 eine Transmission aufweist, die geringer ist als die des Neutraldichtefilters N-| , insbesondere von 90%, und erneutes Vermessen des Objekts,

- Einstellen der Lampenleistung auf einen definierten Sollwert eines weiteren Detektors unter Verwendung des Neutraldichtefilters N2 und erneutes Vermessen der Solarzelle,

- Einstellen der Lampenleistung auf den Sollwert des ersten Detektors ohne Neutraldichtefilter und erneutes Vermessen des Objekts, und

- Einstellen der Lampenleistung auf den Sollwert des weiteren Detektors ohne Neutraldichtefilter und erneutes Vermessen des Objekts.

[0036] Dieses Verfahren dient der Charakterisierung des Objekts im Hinblick auf die Sensitivität einer spektralen Variation und liefert Informationen über das Zusammenspiel der beiden Teilzellen im Objekt. Das Objekt ist dabei insbesondere eine Mehrfachsolarzelle.

[0037] Die Erfindung betrifft ferner eine Anordnung zum Einstellen eines

Solarsimulators, insbesondere zum Einstellen der spektralen

Bestrahlungsstärke eines Solarsimulators, umfassend einen

Solarsimulator, der eine Beleuchtungseinrichtung aufweist, mit der Licht in einer Wellenlenge von 250nm bis 4μηη, insbesondere 300nm-1900nm, besonders bevorzugt 300nm-1200nm, erzeugbar ist, und ferner

umfassend wenigstens zwei Detektoren, die für Licht einer jeweils unterschiedlichen Wellenlänge innerhalb der des erzeugten Lichts selektiv sind, und die in einer Testebene E2 in einem Abstand A1 von der Ebene E 1 des Solarsimulators angeordnet sind, wobei der Abstand A1 veränderbar ist.

[0038] Mit einer derartigen erfindungsgemäßen Anordnung können die mit Bezug auf das erfindungsgemäße Verfahren erläuterten Vorteile erzielt werden.

[0039] Im Rahmen einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung weist der Solarsimulator eine Xenonlampe als

Beleuchtungseinrichtung auf. Eine Xenonlampe ist besonders geeignet, Licht beziehungsweise Strahlung mit einem Spektrum zu erzeugen, das dem des Sonnenlichts besonders ähnlich ist. Die Einstellung des

Solarsimulators ist so mit Bezug auf ein anschließendes Vermessen eines Objekts, wie insbesondere einer Solarzelle, besonders geeignet.

Besonders bevorzugt ist die Xenonlampe dabei eine

Kurzbogen-Hochdruck-Xenonlampe, oder eine auch als Flasher bezeichnete Langbogen-Niederdruck-Xenonlampe.

[0040] Im Rahmen einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der

erfindungsgemäßen Anordnung weist die Anordnung ferner eine

Aufnahme für ein zu vermessendes Objekt, insbesondere für eine

Solarzelle auf. Dadurch wird ermöglicht, dass in direktem Anschluss an das Einstellen des Solarsimulators das zu vermessende Objekt, insbesondere eine Solarzelle, vermessen werden kann. Dadurch ist die Anordnung autark und ferner für ein besonders zeitsparendes Messen der Solarzelle geeignet.

[0041] Im Rahmen einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung ist der Solarsimulator zum Verändern des Abstands Ai verlagerbar ausgestaltet. Diese Ausgestaltung ist besonders einfach und ohne unverhältnismäßig hohen apparativen Aufwand möglich.

[0042] Im Rahmen einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der

erfindungsgemäßen Anordnung sind die wenigstens zwei Detektoren zum Verändern des Abstands Ai verlagerbar ausgestaltet. Diese

Ausgestaltung ist insbesondere für eine industrielle Anwendung von Vorteil. Dabei ist es insbesondere möglich, ein Verlagerungsmittel als Teil einer Zuführvorrichtung auszugestalten, wodurch mit dem Verfahren nicht nur der Solarsimulator einstellbar ist, sondern mit wenigen Schritten auch die zu vermessende Solarzelle vermessen werden kann.

[0043] Im Rahmen einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der

erfindungsgemäßen Anordnung sind die wenigstens zwei Detektoren orthogonal zu der optischen Achse des durch die Beleuchtungseinrichtung erzeugten Lichts beziehungsweise der erzeugten Strahlung angeordnet. In dieser Ausgestaltung sind besonders gute Ergebnisse mit Bezug auf die Genauigkeit der eingestellten spektralen Bestrahlungsstärke erzielbar.

[0044] Im Rahmen einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der

erfindungsgemäßen Anordnung ist eine Linearverschiebung für den Solarsimulator und/oder für die wenigstens zwei Detektoren zum

Verändern des Abstands Ai vorgesehen. Dies ist eine besonders einfache und verlässliche Möglichkeit der Verlagerung des Solarsimulators und/oder der Detektoren, mit der ferner auch kleinste Verlagerungen genau und reproduzierbar durchführbar sind.

[0045] Im Rahmen einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der

erfindungsgemäßen Anordnung weist der Solarsimulator einen

Neutraldichtefilter auf. Insbesondere weist der Neutraldichtefilter dabei eine Transmission von 90% oder von 95% auf.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

[0046] Die erfindungsgemäßen Gegenstände werden mit Bezug auf weitere

Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen durch die Figuren

veranschaulicht und in der nachfolgenden Beschreibung erläutert. Dabei ist zu beachten, dass die Figuren nur beschreibenden Charakter haben und nicht dazu gedacht sind, die Erfindung in irgendeiner Form

einzuschränken.

[0047] Es zeigen:

[0048] Fig.1 ein Verfahrensschema des erfindungsgemäßen Verfahrens, und [0049] Fig. 2 eine erfindungsgemäße Anordnung zum Einstellen eines

Solarsimulators.

Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen

[0050] In Figur 1 ist das erfindungsgemäße Verfahren anhand eines

Verfahrensschemas gezeigt.

[0051] Erfindungsgemäß wird davon ausgegangen, dass die Ist-Werte der

wenigstens zwei Detektoren und damit die von der

Beleuchtungseinrichtung erzeugte Strahlung von den gewünschten Bedingungen beziehungsweise Sollwerten abweichen, weshalb die

Einstellung des Solarsimulators, insbesondere die Einstellung der spektralen Bestrahlungsstärke des Solarsimulators, notwendig wird.

[0052] Gemäß Figur 1 startet das erfindungsgemäße Verfahren bei einem

nominalen Abstand zwischen dem Solarsimulator und den wenigstens zwei Detektoren. Dabei strahlt die Beleuchtungseinrichtung des

Solarsimulators umfassend den Lampenkopf, das bedeutet der Lampe mit etwaiger Optik mit Gehäuse, Zuleitungen und Halterungen, ferner mit einer nominalen Lampenleistung.

[0053] Der nominale Abstand kann typischerweise einige Dezimeter bis zu

etlichen Metern betragen, wohingegen die nominale Beleuchtungsstärke bei insbesondere 1000W/m² auf einer Testfläche der Größe einer

Solarzelle, insbesondere in dem Bereich eines oder mehrere

Quadrat-Dezimeter, oder eines Solarmoduls, insbesondere in dem Bereich eines oder mehrerer Quadrat-Meter, mit homogener Verteilung liegt. Die Beleuchtungseinrichtung kann dabei insbesondere als sogenannter Flasher ausgebildet sein. Das bedeutet, dass das erzeugte Licht beziehungsweise die erzeugte Strahlung in Form von zeitlich begrenzten Blitzen erzeugt wird. Das Plateau der Strahlung liegt dabei insbesondere in der Größenordnung von Millisekunden.

[0054] Im Folgenden wird der Abstand eines Detektors zu dem Solarsimulator beziehungsweise zu dem Lampenkopf des Solarsimulators variiert, bis beispielsweise der für energiereiche Strahlung selektive Detektor, also die blaue Komponentenzelle, ihren Sollwert erreicht. Alternativ kann die blaue Komponentenzelle beziehungsweise ihr Ist-Wert zur Regelung der Lampenleistung herangezogen, um den Sollwert der blauen

Komponentenzelle zu erreichen.

[0055] Nunmehr wird zusätzlich zu der blauen Komponentenzelle auch der für energiearme Strahlung selektive Detektor, also die rote

Komponentenzelle, vermessen. Erreichen beide Detektoren

beziehungsweise Komponentenzellen ihren Sollwert, ist das Verfahren beendet, der Solarsimulator ist wie gewünscht eingestellt

beziehungsweise kalibiriert.

[0056] Liegt jedoch der Ist-Wert der roten Komponentenzelle unter dem Soll-Wert beziehungsweise Nominalwert, bedeutet dies, dass die spektrale

Verteilung hin zu kurzwelligen Wellenlängen ausgehend von den

Sollwerten verschoben ist, das Licht also zu kurzwellig ist. In diesem Fall ist die Leistung der Lampe zu verringern und der Abstand Ai muss verkürzt werden, insbesondere zwischen zwei Blitzen des als Flasher ausgebildeten Solarsimulators. Die Verringerung von Lampenleistung und Abstand Ai orientieren sich dabei zweckmäßig an der Diskrepanz von Soll- und Istwert.

[0057] Liegt der Ist-Wert der roten Komponentenzelle dagegen über dem

Soll-Wert, bedeutet dies, dass die spektrale Verteilung hin zu langwelligen Wellenlängen ausgehend von den Sollwerten verschoben ist, das Licht also zu langwellig ist. In diesem Fall ist die Leistung der Lampe zu erhöhen und der Abstand muss erhöht werden. Die Erhöhung von

Lampenleistung und Abstand orientieren sich zweckmäßigerweise an der Diskrepanz von Soll- und Istwert.

[0058] Die Veränderung der Lampenleistung geht dabei erfindungsgemäß einher mit der Veränderung des Abstands zwischen dem Solarsimulator und dem Detektor beziehungsweise den Detektoren. [0059] Nunmehr werden beiden Detektoren erneut vermessen. Messen beide Detektoren ihre Sollwerte, ist das Verfahren beendet.

[0060] Liegen die Sollwerte nicht vor, wird das Verfahren erneut damit begonnen, den Sollwert eines Detektors einzustellen. Ein Wiederholen dieser Schritte führt zu einer iterativen Veränderung des Abstandes beziehungsweise der Lampenleistung, bis sowohl die rote als auch die blaue Komponentenzelle, also beide Detektoren, ihre Sollwerte erreicht haben.

[0061] Dabei ist ersichtlich, dass das vorbeschriebene Verfahren gleichermaßen durchgeführt werden kann, wenn die rote und die blaue Komponentenzelle vertauscht werden, also mit dem Einstellen des Abstands der roten

Komponentenzelle begonnen wird.

[0062] Da das erfindungsgemäße Verfahren eine Änderung des Abstandes

zwischen Lampenkopf und Testebene erfordert, sollte mit jeder neuen Positionierung die zentrierte und orthogonale Ausrichtung des

Testobjektes zur optischen Achse des Systems geprüft werden.

[0063] In einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann ein zu vermessendes Objekt, wie etwa eine Solarzelle, unter Verwendung eines Neutraldichtefilters (NDF) vermessen werden. Als Messobjekte kommen sämtliche Strahlungsempfänger für optische Strahlung des Bereiches der solaren Strahlung in Frage, bei denen durch Absorption der optischen Strahlung messbare Änderungen der elektrischen Eigenschaften verursacht werden.

[0064] Die Bestrahlungsstärke kann in der Testebene E-| , also bei einem Abstand Ai durch Neutraldichtefilter geändert werden. In kommerziellen Flashern werden bereits Neutraldichtefilter angeboten, die ohne Einfluss auf die relative spektrale Bestrahlungsstärke eine stufenweise Abschwächung der Bestrahlungsstärke ermöglichen.

[0065] Die Kombination von Neutraldichtefiltern (NDF) mit dem

erfindungsgemäßen Verfahren erhöht die Einstellmöglichkeiten: Prinzipiell kann bei Verwendung des Neutraldichtefilters und gleichbleibendem Abstand die Lampenleistung erhöht werden, was zu einer Erhöhung des kurzwelligen Spektralanteils führt. Alternativ kann bei gleicher

Lampenleistung der Abstand verkürzt werden. [0066] Vorzugsweise werden zwei Neutraldichtefilter mit einer Transmission von 95% (NDF95) und 90% (NDF90) wie folgt zur Untersuchung eines photovoltaischen Objekts mit zwei Übergängen, wie insbesondere einer Tandem-Solarzelle eingesetzt, wobei selbstverständlich auch

Neutraldichtefilter mit abweichenden Transmissionswerten möglich sind:

[0067] Unter Verwendung des Neutraldichtefilters mit einer Transmission von 95% wird das erfindungsgemäße Verfahren zur Approximation des Referenzspektrums eingesetzt und das Objekt unter diesen Bedingungen, in der Regel unter Standardtestbedingungen, gemessen.

[0068] In einem nächsten Schritt wird unter alleiniger Verwendung des

Neutraldichtefilters mit einer Transmission von 90% die Lampenleistung auf den Soll-Wert eines Detektors beziehungsweise einer der

Komponentenzelle angepasst und eine zweite Messung an dem zu vermessenden Objekt durchgeführt. Eine dritte Messung liefert die

Anpassung der Lampenleistung auf die zweite Komponentenzelle.

[0069] Anschließend wird ohne Verwendung eines Neutraldichtefilters die

Lampenleistung auf den Soll-Wert des ersten Detektors beziehungsweise der ersten Komponentenzelle angepasst, woraufhin das Testobjekt ein viertes Mal gemessen wird. Eine fünfte Messung wird bei der auf die zweite Komponentenzelle angepassten Lampenleistung durchgeführt.

[0070] Dieses Verfahren dient der Charakterisierung des zu vermessenden

Objekts, also insbesondere der Tandem-Solarzelle im Hinblick auf die Sensitivität einer spektralen Variation und liefert Informationen über das Zusammenspiel der beiden Teilzellen im Testobjekt.

[0071] Wesentlicher technischer Bestandteil dieses erfindungsgemäßen

Messverfahrens ist die Abstufung der Bestrahlungsstärke unter

Verwendung mindestens zweier Neutraldichtefilter, die unter mindestens drei Lampenleistungen eine annähernd äquidistante positive und negative Änderung des Sollwertes mindestens einer Komponentenzelle, das bedeutet beispielsweise Sollwert +/- 5%, liefert.

[0072] Eine erfindungsgemäße Anordnung 10 zum Durchführen des

erfindungsgemäßen Verfahrens ist in Figur 2 gezeigt.

[0073] Gemäß Figur 2 umfasst die Anordnung 10 einen Solarsimulator 12, der in einer Ebene Ei angeordnet ist. Der Solarsimulator 12 umfasst dabei eine Lampe beziehungsweise Beleuchtungseinrichtung 14. Die

Beleuchtungseinrichtung 14 ist dazu geeignet, Licht in einer Wellenlänge von 250nm bis 4μηη, insbesondere 300nm-1900nm, besonders bevorzugt 300nm-1200nm, zu erzeugen. Besonders bevorzugt umfasst die

Beleuchtungseinrichtung 14 eine Xenonlampe, wobei diese und damit der Solarsimulator 12 als Flasher beziehungsweise Blitzlichtsimulator ausgebildet sein kann.

[0074] Die Anordnung 10 umfasst ferner wenigstens zwei Detektoren 16, 18, die als Referenzsolarzellen beziehungsweise Referenzsolarmodule ausgestaltet sein können. Die Detektoren 16, 18 sind dabei für Licht einer jeweils unterschiedlichen Wellenlänge selektiv. Beispielsweise ist der Detektor 16 für vergleichsweise kurzwelliges Licht selektiv und wird daher als blaue Komponentenzelle bezeichnet, wohingegen der Detektor 18 für vergleichsweise langwelliges Licht selektiv ist und daher als rote

Komponentenzelle bezeichnet wird.

[0075] Besonders bevorzugt umfasst der Solarsimulator 12 dabei einen an das Referenzspektrum angepassten Filter, um so bereits ein angenähertes Simulatorspektrum zu erhalten.

[0076] Die Detektoren 16, 18 sind in einem Abstand Ai von dem Solarsimulator 12 beziehungsweise seiner Beleuchtungseinrichtung 14 angeordnet. Vorzugsweise sind die Detektoren 16, 18 ferner orthogonal zu der optischen Achse der durch die Beleuchtungseinrichtung 14 erzeugten Strahlung angeordnet.

[0077] Erfindungsgemäß kann dabei vorgesehen sein, dass der Solarsimulator 12 und/oder die beiden Detektoren 16, 18 verlagerbar ausgestaltet sind. Um diesbezüglich erstens eine mechanisch reproduzierbare

Abstandsänderung und zweitens eine präzise Ausrichtung der Detektoren 16, 18 zu erreichen, kann mindestens eine mechanische laterale

Linearverschiebung für den Solarsimulator 12 beziehungsweise seine Beleuchtungseinrichtung 14 oder aber für eine Halterung der Detektoren 16, 18 vorgesehen sein. Die Vorrichtungen zur Linearverschiebung sind vorzugsweise fest in einem Boden oder einer Decke der Anordnung verankert, damit sämtliche Abstände reproduzierbar sind. Ein elektromechanischer Antrieb der Linearverschiebung bietet entsprechende Vorteile.

[0078] Es ist ferner vorteilhaft, wenn die Anordnung 10 ferner eine Aufnahme für ein zu testendes Objekt, insbesondere für eine Solarzelle, aufweist.

Dadurch kann in einem nächsten Schritt nach dem Einstellen des

Solarsimulators 12 direkt eine Messung eines Objekts, wie etwa einer Solarzelle erfolgen.

[0079] Die einzelnen Kombinationen der Bestandteile und der Merkmale von den bereits erwähnten Ausführungen sind exemplarisch; der Austausch und die Substitution dieser Lehren mit anderen Lehren, die in dieser

Druckschrift enthalten sind mit den zitierten Druckschriften werden ebenfalls ausdrücklich erwogen. Der Fachmann erkennt, dass Variationen, Modifikationen und andere Ausführungen, die hier beschrieben werden, ebenfalls auftreten können ohne von dem Erfindungsgedanken und dem Umfang der Erfindung abzuweichen.

[0080] Entsprechend ist die obengenannte Beschreibung beispielhaft und nicht als beschränkend anzusehen. Das in den Ansprüchen verwendetet Wort umfassen schließt nicht andere Bestandteile oder Schritte aus. Der unbestimmte Artikel„ein" schließt nicht die Bedeutung eines Plurals aus. Die bloße Tatsache, dass bestimmte Maße in gegenseitig verschiedenen Ansprüchen rezitiert werden, verdeutlicht nicht, dass eine Kombination von diesen Maßen nicht zum Vorteil benutzt werde kann. Der Umfang der Erfindung ist in den folgenden Ansprüchen definiert und den

dazugehörigen Äquivalenten.

Claims

Ansprüche

1. Verfahren zum Einstellen eines Solarsimulators (12), insbesondere zum

Einstellen der spektralen Bestrahlungsstärke eines Solarsimulators (12), umfassend die Schritte:

a) Anordnen eines Solarsimulators (12) in einer Ebene Ε-ι ;

b) Anordnen wenigstens zweier Detektoren (16, 18) in einer Testebene E2, wobei die Testebene E2 einen definierten Abstand A1 zu der Ebene Ei aufweist, und wobei die Detektoren (16, 18) eine spektrale Empfindlichkeit in einem jeweils unterschiedlichen spektralen Bereich aufweisen;

c) Bestrahlen der wenigstens zwei Detektoren (16, 18) mit Licht eines

d) Verändern des Abstands A1 oder Einstellen der Lampenleistung des Solarsimulators (12) derart, dass der erste Detektor (16) einen definierten Sollwert erreicht;

e) Überprüfen des Ist-Werts des zweiten Detektors (18);

f) Verkleinern des Abstands A1 und Verringern der Lampenleistung des Solarsimulators (12) für den Fall, dass das eingestrahlte Licht zu kurzwellig ist, oder Vergrößern des Abstands A1 und Vergrößern der Lampenleistung des Solarsimulators (12) für den Fall, dass das eingestrahlte Licht zu langwellig ist, und

g) Wiederholen der Schritte d) bis f) für den Fall, dass die Ist-Werte der Detektoren (16, 18) von ihren Sollwerten abweichen.

2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Solarsimulator (12) mit einem Filter verwendet wird, der an ein Referenzspektrum angepasst ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der

Abstand A1 durch ein Verlagern des Solarsimulators (12) relativ zu der

Testebene Ei verändert wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand A1 durch ein Verlagern der Detektoren (16, 18) relativ zu dem Solarsimulator (12) verändert wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Solarsimulator (12) mit einem Neutraldichtefilter verwendet wird.

6. Verfahren zum Vermessen eines Objekts, insbesondere einer Solarzelle, umfassend die Schritte:

- Einstellen des Solarsimulators (12) nach einem Verfahren gemäß Anspruch 5 unter Verwendung eines Neutraldichtefilters Ni mit einer Transmission von insbesondere 95% und Vermessen des Objekts,

- Einstellen der Lampenleistung des Solarsimulators (12) auf einen definierten Sollwert eines Detektors (16) unter Verwendung eines Neutraldichtefilters N2, wobei der Neutraldichtefilter N2 eine Transmission aufweist, die geringer ist als die des Neutraldichtefilters N-| , insbesondere von 90%, und erneutes

Vermessen des Objekts,

- Einstellen der Lampenleistung auf einen definierten Sollwert eines weiteren Detektors (18) unter Verwendung des Neutraldichtefilters N2 und erneutes Vermessen der Solarzelle,

- Einstellen der Lampenleistung auf den Sollwert des ersten Detektors (16) ohne Neutraldichtefilter und erneutes Vermessen des Objekts, und

- Einstellen der Lampenleistung auf den Sollwert des weiteren Detektors (18) ohne Neutraldichtefilter und erneutes Vermessen des Objekts.

7. Anordnung zum Einstellen eines Solarsimulators (12), insbesondere zum

Einstellen der spektralen Bestrahlungsstärke eines Solarsimulators (12), umfassend einen Solarsimulator (12), der eine Beleuchtungseinrichtung (14) aufweist, mit der Licht in einer Wellenlenge von 250nm bis 4μηη, insbesondere 300nm-1900nm, besonders bevorzugt 300nm-1200nm, erzeugbar ist, und ferner umfassend wenigstens zwei Detektoren (16, 18), die für Licht einer jeweils unterschiedlichen Wellenlänge innerhalb der des erzeugten Lichts selektiv sind, und die in einer Testebene E2 in einem Abstand A1 von der Ebene Ei des Solarsimulators (12) angeordnet sind, wobei der Abstand A1 veränderbar ist.

8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der

Solarsimulator (12) eine Xenonlampe als Beleuchtungseinrichtung (14) aufweist.

9. Anordnung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die

Anordnung (10) ferner eine Aufnahme für ein zu vermessendes Objekt, insbesondere für eine Solarzelle, aufweist.

10. Anordnung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Solarsimulator (12) zum Verändern des Abstands Ai verlagerbar ausgestaltet ist.

1 1. Anordnung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens zwei Detektoren (16, 18) zum Verändern des Abstands A 1 verlagerbar ausgestaltet sind.

12. Anordnung nach einem der Ansprüche 7 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens zwei Detektoren (16, 18) orthogonal zu der optischen Achse des durch die Beleuchtungseinrichtung (14) erzeugten Lichts angeordnet sind.

13. Anordnung nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine Linearverschiebung für den Solarsimulator (12) und/oder für die wenigstens zwei Detektoren (16, 18) zum Verändern des Abstands Ai vorgesehen ist.

14. Anordnung nach einem der Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Solarsimulator (12) einen Neutraldichtefilter aufweist.

15. Anordnung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der

Neutraldichtefilter eine Transmission von 90% oder von 95% aufweist.