Fraunhofer CSP entwickelt neues Verfahren zur Riss-Untersuchung bei Solarzellen

Elektrolumineszenz-Aufnahme eines Solarmodules mit vorhandenen Rissen (oben), Elektrolumineszenz-Aufnahme eines Prüfkörpers nach der Belastung mit dem entwickelten Versuchsaufbau (unten) © Fraunhofer CSP
Elektrolumineszenz-Aufnahme eines Solarmodules mit vorhandenen Rissen (oben), Elektrolumineszenz-Aufnahme eines Prüfkörpers nach der Belastung mit dem entwickelten Versuchsaufbau (unten) © Fraunhofer CSP

Winterzeit – Kältezeit: Solarmodule auf Dächern oder Feldern müssen Belastungen und Umwelteinflüsse wie Wind- und Schneelasten aushalten.

Dabei kann es zu Schäden kommen. Untersuchungen haben gezeigt, dass vor allem Risse in Solarzellen in der alltäglichen Praxis ein häufig auftretendes Problem sind.

(WK-intern) – Sie beeinträchtigen die Modulleistung und können im schlimmsten Fall zu Kurzschlüssen führen. Am Fraunhofer-Center für Silizium-Photovoltaik CSP wurde nun 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.

PM: Fraunhofer-Center für Silizium-Photovoltaik CSP

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