Arbeitsgruppe Solarzellen-Charakterisierung und -Simulation

Die Aufgabe der Arbeitsgruppe Solarzellen-Charakterisierung und -Simulation ist es, neue Messverfahren zu entwickeln und Messsysteme aufzubauen, die notwendig sind, um in Kombination mit Bauelementsimulationen ein umfassendes Verständnis der am ISFH entwickelten Siliziumsolarzellen zu erlangen. Um auf aktuelle Veränderungen im Zelldesign zu reagieren, werden die bestehenden physikalischen Modelle für die numerische

Simulation von Solarzellen und Modulen kontinuierlich angepasst und optimiert. Auf Basis elektrischer und optischer Bauteilesimulationen werden außerdem Verbesserungspotenziale aufgezeigt und Strategien für weitere Wirkungsgradsteigerungen festgelegt. Die Gruppe bietet der Photovoltaikindustrie ihre Analyseverfahren sowie ihr Simulations-Know-how als Serviceleistung an.

Arbeitsschwerpunkte der Gruppe sind:

• Weiterentwicklung von Messequipment und Analysemethoden zur präzisen Charakterisierung von neuen Zellkonzepten wie busbarlose oder bifaziale Solarzellen oder nur einseitig zu kontaktierende Rückkontaktsolarzellen
• Umfangreiche Analyse der synergetischen Verlustmechanismen in Solarzellen auf Basis von Bauelementsimulationen mit experimentell bestimmten Inputparametern zur Bestimmung der wesentlichen Wirkungsgradlimitierungen
• Analyse des Einflusses des Kontaktierschemas auf die charakteristischen Kenngrößen Strom-Spannungs-Kennlinie von Solarzellen
• Bestimmung der für unsere Simulationsrechnungen benötigten optischen und elektrischen Materialdaten
• Kopplung von optischen, thermischen und Halbleitersimulationen mit dem Ziel, die Solarmodulleistung unter tatsächlichen Betriebsbedingungen zu verstehen
• Analyse von lichtlenkenden Elementen mittels dreidimensionaler Raytracing-Simulationen an ganzen Solarmodulen
• Analyse des Einflusses wechselnder Wetterbedingungen (z.B. Bewölkung, flache Einstrahlung) auf die Ausgangsleistung von Solarmodulen
• Modellierung und optische Simulation der Lumineszenzstrahlung von Silizium, insbesondere im Hinblick auf Messungen der Elektrolumineszenz und Photolumineszenz

Für die Durchführung der Simulationsrechnungen stehen uns ein leistungsfähiger Computer-Server sowie verschiedene Softwarepakete wie Matlab, SPICE, Sentaurus und Comsol zur Verfügung. Für optische Simulationen verwenden wir das Raytracing-Framework Daidalos, das in unserer Arbeitsgruppe entwickelt wurde und gleichzeitige optische Simulationen von Komponenten auf Größenskalen von µm bis m ermöglicht.