Ein Laserverfahren zur Qualitätskontrolle von Silizium-Solarzellen haben deusche und australische Wissenschaftler entwickelt. Ein Laserstrahl trifft dabei auf die Siliziumschicht des Photovoltaikmoduls und regt das Silizium zum Leuchten an. Fehler im Schichtaufbau machen sich dann in der Qualität der ausgesandten Photolumineszenzstrahlung bemerkbar, erklärt Thorsten Trupke von der Universität von New South Wales in Sydney. Das Verfahren funktioniert bei allen gängigen Solarzelltypen, von monokristallinen Wafern bis zu amorphen Schichten. In einer neu gegründete Firma wollen Trupke und sein Forscherkollege Robert Bardos die Technik für industrielle Anwendungen weiterentwickeln. Beide Wissenschaftler erhielten vergangene Woche für ihre Forschungsergebnisse und deren Übertragung in ein markfähiges Produkt den 1. Innovationspreis der Berthold-Leibinger-Stiftung in Ditzingen bei Stuttgart. Die Auszeichnung zählt zu den wichtigsten Forschungs- und Innovationspreisen in der Optik.
In Solarzellen erzeugt die energiereiche Sonnenstrahlung Paare von Elektronen und sogenannten Löchern, die beispielsweise im Siliziumhalbleiter getrennt und an den Elektroden als Strom abgegriffen werden. Treffen Elektronen und Löcher auf Materialfehler, dazu gehören Störstellen, Brüche, Versetzungen im Kristallgitter, so können die Ladungsträger im Halbleiter rekombinieren. Sie sind für die Energieerzeugung verloren. Die Forscher um Trupke können diese Materialfehler in Silizium-Solarzellen nun sichtbar machen.
Das Licht einer Laserdiode wird aufgeweitet und bestahlt das Solarzellenmodul gleichmäßig. Bei einer Wellenlänge von 800 Nanometern im infraroten Bereich regt der Laser das Silizium zur Lumineszenz an: Es entstehen Elektronen-Loch-Paare, die dann gleich wieder rekombinieren und eine Licht mit Wellenlänge von 1,1 Mikrometern aussenden. Gehen die Elektronen-Loch-Paare hingegen an Materialfehlern verloren, so verändert sich die Lumineszenzintensität. Mit einer speziellen Kamera fürs nahe Infrarot nehmen die Forscher das Lumineszenzlicht auf und können so auf Defekte schließen.
Derzeit haben Trupke und seine Kollegen rund zehn Geräte für die Qualitätssicherung in der Halbleiter- und Photovoltaikindustrie verkauft. Der Listenpreis beträgt rund 250.000 Euro. In Zukunft wollen die Forscher die Messgeschwindigkeit noch deutlich erhöhen, damit das Gerät im Prozesstakt von rund einer Sekunde innerhalb der Fertigungslinie den Produktzustand erfassen kann. Für diese Entwicklungsphase ist Trupke nun weitgehend von seiner Lehrtätigkeit an der Universität von New South Wales entbunden. ?Die Universität unterstützt es sehr stark, wenn wir die Forschungsergebnisse in ein Produkt verwandeln?, sagt Trupke.
Weitere Informationen: Berthold Leibinger InnovationspreisBT Imgaging, Sydney Martin Schäfer (unterstützt durch das Kompetenznetz Optische Technologien in Baden-Württemberg, Photonics BW)
