[Zurück]

D. Menz:
"Light Soaking of Thin-Film Solar Cells under Colored Light";
Betreuer/in(nen): J. Summhammer, M. Rennhofer; Atominstitut, 2015; Abschlussprüfung: 25.11.2015.

Dünnschichtsolarzellen auf der Basis von Kupfer-Indium-Gallium-Selen Absorbern (auch CIGS oder Chalkogenide genannt) stellen eine vielversprechende Alternative zu konventionellen Solarzellen dar. Effizienzen von über 21% wurden erreicht und die Kosten
nähern sich der 1$/Watt Marke. Obwohl Nachteile wie die Cadmium enthaltende Pufferschicht durch neue Materialen gelöst werden, bleibt ein großer Nachteil bestehen. CIGS Solarzellen weisen metastabiles Verhalten bei der Charakterisierung im Labor auf. Dies äußert sich in Änderungen der Leerlaufspannung, des Kurzschlussstromes, des Füllfaktors und der maximalen Leistung. Dadurch ist es schwierig, die Leistung der Solarzellen vorherzusagen, wodurch auch die Renditeberechnung von Solarkraftwerken mit CIGS Solarzellen erschwert wird. Der Ist-Ertrag kann mitunter stark von der Ertragsprognose abweichen. Obwohl bereits viel Forschung über dieses Thema angestellt wurde und einige vielversprechende Ursachen für die metastabilen Effekte ausgemacht werden konnten, ist es noch nicht gelungen die mikroskopischen Vorgänge im Material eindeutig mit den
makroskopischen Veränderungen der Solarzelle in Zusammenhang zu bringen. Diese Masterarbeit beschäftigt sich mit der Implementierung eines Messaufbaus zur Messung der metastabilen Effekte von CIGS Zellen. Dieser Messaufbau ermöglicht "Light Soaking"-Experimente unter verschiedenfarbigem Licht mit unterschiedlicher
Bestrahlungsstärke.
CIGS Solarzellen unterschiedlicher Qualität mit zwei verschiedenen Pufferschicht-materialien wurden mit der entwickelten Methode vermessen. Die Messungen unter verschiedenfarbigem Licht führen zu einem möglichen Zusammenhang zwischen den bekannten metastabilen Effekten in CIGS und den gemessenen Veränderungen der
Leerlaufspannung.

Thin film solar cells based on a copper-indium-gallium-selen absorber (also called CIGS or chalcogenides) are a promising alternative to conventional solar cells. CIGS solar cells have reached efficiencies of above 21% and prices close to 1$/Watt. Disadvantages
like the cadmium containing buffer layer are about to be overcome by cadmium-free buffer layers. However, one main disadvantage remains. Metastable effects changing the solar cell´s parameters like the open circuit voltage and the fill factor could not be removed and are not fully understood. These metastable effects make it very difficult
to characterize CIGS solar cells and to provide reliable power rating. This leads to inaccurate investment return calculations for power generation by CIGS solar cells.
Hence, a profound understanding of the metastable effects would be very beneficial. A lot of research has been done on the defects and physical effects in CIGS that could be responsible for the metastabilities and on the performance effects caused by them.
This master thesis deals with the setup of a light soaking experiment able to measure the influence of light of different colors and different irradiances on the open circuit voltage, the short circuit current, the fill factor and the maximum power of CIGS cells.
Other influences like changes in the temperature and the instability of the illumination are tried to be kept as small as possible.
Several CIGS cells with various performance qualities and with two different buffer layers have been measured with this method. Their behavior under differently colored light has been compared and led to a possible explanation of how the known metastable defects in CIGS cells lead to the measured changes in the open circuit voltage.

CIGS solar cells, metastable effects, Cu-Se-vacancy, light soaking