Anwendung eines hochpräzisen Source Meters bei der Prüfung der Eigenschaften von Solarzellen

Mit der rasanten Entwicklung der Weltwirtschaft und der Vertiefung der Industrialisierung steigt der Energiebedarf der Menschheit von Tag zu Tag. Im Vergleich zu nicht erneuerbarer Energie aus fossilen Brennstoffen kann die Sonnenstrahlung über zig Milliarden Jahre hinweg eine konstante Leistung aufrechterhalten, und die Umwandlung von Lichtenergie in elektrische Energie ist ein äußerst wichtiger Prozess. Solarzellen sind eine Art photoelektrische Halbleiterschicht, die Sonnenlicht direkt zur Stromerzeugung nutzt. Wenn die Beleuchtung bestimmte Bedingungen erfüllt, kann sie sofort Spannung ausgeben und in Gegenwart eines Stromkreises Strom erzeugen. Sie wird in verschiedenen Bereichen wie Transport, Kommunikation und Satelliten häufig eingesetzt.

Von der Forschung und Entwicklung bis zur Produktion unterliegen Solarzellen in jedem Abschnitt unterschiedlichen Testanforderungen. Zu ihren photoelektrischen Eigenschaften gehören die Volt-Ampere-Spannungskennlinie (IV), die spektrale Empfindlichkeit (SR) und die Quanteneffizienz (QE). Die Analyse der IV-Kennlinie ist entscheidend für die Ableitung wichtiger Parameter der Solarzellenleistung, insbesondere des maximalen Stroms I-max und der maximalen Spannung V-max, der Leerlaufspannung Voc, des Kurzschlussstroms Isc, des Füllfaktors ff und des Umwandlungswirkungsgrads η. Um die IV-Kennlinienprüfung von Solarzellen präzise durchführen zu können, muss der Prüfer die Probe mit einer Solarsimulator-Lichtquelle aus einer bestimmten Entfernung bestrahlen und anschließend die IV-Kennlinie mit Präzisionsinstrumenten messen, um die Batterieparameter zu ermitteln.

Bei Dunkelheit wird die angegebene Gleichstromvorspannung benötigt, um die IV-Kennlinie von Solarzellen zu messen. Die IV-Kennlinie wird unter Durchlassspannung gemessen. Bei Dunkelheit wird die IV-Kennlinie von Solarzellen unter verschiedenen Lastbedingungen durch einfallendes Licht unterschiedlicher Wellenlänge gemessen (die Lastkennlinie mehrerer Reihen ist deutlicher erkennbar). Dabei werden Kurzschlussstrom Isc, Leerlaufspannung Voc, maximale Leistung, optimaler Betriebsstrom und Spannung gemessen. Das hochpräzise digitale Quellenmessgerät der NGI N2600-Serie integriert Quellenmessfunktionen, kann hochpräzise Spannungs- und Stromquellen ausgeben und bietet Messfunktionen, die die Anforderungen der IV-Kennlinienprüfung von Solarzellen vollständig erfüllen.

Die spektrale Empfindlichkeit SR ist ein Indikator zur Bewertung der photoelektrischen Umwandlungsfähigkeit von Solarzellen. Bei einfallendem Licht verschiedener Wellenlängen ergibt sich das Verhältnis des nach dem Einfallen umgewandelten Stroms zur einfallenden Lichtenergie zur spektralen Empfindlichkeit SR. Das Quellenmessgerät der N2600-Serie misst den Fotostrom präzise und führt so den SR-Stromkennlinientest durch.

Netzteile ermöglichen üblicherweise nur den Betrieb im ersten und dritten Quadranten und geben Energie als Quelle ab. Die N1-Serie hingegen ermöglicht den vollständigen Vier-Quadranten-Betrieb. Im zweiten und vierten Quadranten kann sie Energie als Senke (Last) aufnehmen. Im Quell- oder Senkenmodus misst sie Spannung, Strom und Widerstand. Die maximale Abtastrate erreicht 3 kSps, die Scangeschwindigkeit beträgt 2600 ms pro Punkt.