Temperaturabhängigkeit von Solarzellenparametern (PDF)

Der Kurzschlussstrom einer Solarzelle sollte in erster Näherung linear mit der Temperatur ansteigen. Messungen an kommerziellen Solarzellen ergaben eine Abnahme des Kurzschlussstromes ab etwa 350 K. Dieses Verhalten war bisher noch nicht beobachtet und erklärt worden.

In dieser Arbeit wurden mit Hilfe von PC-1D, einem Solarzellensimulationspro-gramm, Halbleiterparameter von Solarzellen verändert mit dem Ziel, die gemessene Temperaturabhängigkeit des Kurzschlussstromes nachzubilden. Es wurden eigene Programme entwickelt, die den Temperatureinfluss verschiedener Parameter, die in die Berechnung des Kurzschlussstromes von Solarzellen eingehen, aufzeigen. Dabei zeigten Änderungen der Werkstoffparameter nicht den gewünschten Effekt. Da der Kurzschlussstrom von der Lichteinstrahlung abhängt, lag es nahe, die optischen Eigenschaften der Solarzelle zu untersuchen. Zufällig ergab sich bei der Variation der Antireflex-Beschichtung ein Abfall des Kurzschlussstromes. Messungen der Reflexion an Solarzellen bei unterschiedlichen Temperaturen ergaben, dass Antireflex-Beschichtungen aus Titandioxid einen Einfluss auf den Kurzschlussstrom der Solarzellen haben. Mit zunehmender Temperatur nimmt auch die Reflektivität zu: Bei einer Temperaturerhöhung von 300 K auf 500 K führt eine Beschichtung mit Titandioxid zu einem Anstieg der reflektierten Intensität von bis zu 20 %. Es ist daher plausibel, dass der Kurzschlussstrom, der ja direkt von der eingestrahlten Photonenleistung abhängig ist, mit dem Anstieg der Reflexion abnimmt.

Im Vergleich zur Beschichtung mit Titandioxid führte eine Beschichtung mit Siliziumnitrid nicht zu einer hinreichenden Zunahme der Reflektivität, um einen Abfall des Kurzschlussstromes zu errechnen. Die Messungen an Solarzellen mit Siliziumnitrid-Beschichtung ergaben aber auch nicht den Abfall des Kurzschlussstromes, der für die Solarzellen mit Titandioxid-Beschichtung charakteristisch ist. Die gemessene wellenlängenabhängige Reflexion wurde als weiterer Parameter in die Simulationsprogramme aufgenommen. Damit ist es tendenziell gelungen, den Verlauf des gemessenen Kurzschlussstromes zu reproduzieren.

Offen bleibt, warum die optischen Eigenschaften eines dünnen Titandioxid-Coatings im Temperaturbereich von 300 K bis 500 K zu einer Veränderung der reflektierten Photonenleistung von bis zu 20 % führen.