Analyse und Verbesserung der rückführbaren Kalibrierung von Solarzellen

Winter, Stefan

Es wird die neu konzipierte und vollständig automatisierte Apparatur zur Kalibrierung von Referenzsolarzellen in der PTB vorgestellt. Mit der Apparatur wird die differenzielle spektrale Empfindlichkeit gemessen aus der der Kurzschlussstrom unter Standardtestbedingungen (STC; AM0 oder AM1.5-Spektrum) berechnet werden kann, mit dessen Hilfe wiederum der Wirkungsgrad der Solarzelle bestimmt werden kann. Anhand einer detaillierten Messunsicherheitsanalyse wird gezeigt, dass die Messunsicherheit für die mit der neuen Apparatur erhaltenen Kalibrierdaten auf 0,5 % reduziert werden konnte. Bei der Fehleranalyse wurde ein UV induzierter Effekt festgestellt, der bei einigen Solarzellen auftritt und über Stunden eine Änderung der spektralen Empfindlichkeit bewirkt und mit der eines Front-Surface-Field (FSF) erklärt werden kann, in Analogie zum Back-Surface-Field (BSF). Neben der Rückführung auf SI-Einheiten ist für die Qualitätssicherung die internationale Äquivalenz der Messwerte und Kalibrierzertifikate von außerordentlicher Bedeutung. Deshalb werden Kalibrierwerte international miteinander verglichen. Auf der Basis derartiger Vergleichsmessungen wurde die World Photovoltaic Scale (WPVS) geschaffen. In dieser Arbeit werden Verfahren zur Auswertung von Rundvergleichen diskutiert. Es wird gezeigt, wie die von den Teilnehmern für ihre Messdaten angegebenen Messunsicherheiten mit Hilfe von Rundvergleichsdaten überprüft werden können und wie instabile Transferstandards identifiziert werden können.

The calibration facility for reference solar cells in the PTB conceived newly and automated completely is introduced. The differential spectral responsivity is measured with it. From this the short-circuit current under standard test conditions (STC; AM0 or AM1.5 spectra) can be calculated. This is needed to determine the efficiency of solar cells. A detailed uncertainty analysis shows that an expanded uncertainty of 0.5% (95% level of confidence) is obtained now. An UV induced effect was found, which appears at some solar cells and causes a change of the spectral response over hours. It can be explained with the formation of a Front Surface Field (FSF) in analogy to the Back Surface Field (BSF). The international equivalence of the measurement values and calibration certificates is besides the traceability to SI units for the quality assurance from extraordinary importance. Therefore the calibration values are compared with each other internationally. The World Photovoltaic Scale (WPVS) was established on the basis of such comparison measurements of photovoltaic institutes. In this work procedures for the analysis and evaluation of round robins are discussed. It is shown how the measurement uncertainty of the participants can be checked with their data.

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Winter, Stefan: Analyse und Verbesserung der rückführbaren Kalibrierung von Solarzellen. 2003.

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