Zonnecellen, ook wel fotovoltaïsche cellen genoemd, zetten zonlicht rechtstreeks om in elektrische energie. Het meten van de efficiëntie van zonnecellen gebeurt doorgaans door het vermogen van het invallende zonlicht te meten met een radiometer en het elektrische vermogen te bepalen op het punt van maximaal vermogen. Dit proces kent echter uitdagingen, omdat de prestaties van de cel afhankelijk zijn van het zonnespectrum, dat varieert met seizoenswisselingen, geografische locatie en weersomstandigheden. Deze factoren, in combinatie met kalibratiefouten in radiometers, kunnen leiden tot inconsistente en onnauwkeurige metingen.
Om dergelijke problemen te verhelpen, gebruiken de meeste fabrikanten zonnesimulatoren om de efficiëntie van zonnecellen in gecontroleerde omgevingen te testen. Deze simulatoren worden gekalibreerd met behulp van standaardcellen die overeenkomen met de spectrale verdeling van zonlicht onder standaardomstandigheden.
Veelvoorkomende valkuilen bij het testen van amorfe silicium dunnefilmzonnecellen
Sommige laboratoria en testbureaus gebruiken kristallijne siliciumcellen als referentiestandaard voor de evaluatie van amorfe silicium dunnefilmcellen. Deze praktijk leidt vaak tot aanzienlijke meetfouten, waardoor twijfels ontstaan over de prestaties van amorfe siliciumcellen.
Internationale normen voor het testen van zonnecellen
Om consistente en betrouwbare vergelijkingen te garanderen, definiëren internationale testnormen specifieke voorwaarden voor de evaluatie van zonnecellen:
Spectrum: AM1.5
Instraling: 1000 W/m²
Temperatuur: 25°C
AM1.5 verwijst naar het zonnespectrum wanneer zonlicht door de atmosfeer gaat onder een hoek die overeenkomt met een zenitshoek van 48,2°.
Voor nauwkeurige metingen moet aan twee belangrijke voorwaarden worden voldaan:
De spectrale respons van de referentiecel en de testcel moet binnen een bepaald bereik overeenkomen. Dit wordt doorgaans bereikt door referentie- en testcellen te gebruiken die van hetzelfde halfgeleidermateriaal zijn gemaakt en met vergelijkbare productieprocessen zijn vervaardigd.
De lichtbron in de simulator moet qua spectrale samenstelling nauw aansluiten bij de AM1.5-standaard.
Bijzondere aandachtspunten voor amorfe siliciumcellen
Amorfe siliciumcellen verschillen aanzienlijk van kristallijne siliciumcellen wat betreft materiaal en spectrale respons. Hieronder volgen enkele belangrijke aandachtspunten voor nauwkeurige testen:
Irradiantiecalibratie:
Gebruik een referentiecel van amorf silicium die specifiek is ontworpen voor het kalibreren van de bestralingssterkte. Het gebruik van kristallijne siliciumcellen voor dit doel kan leiden tot onzinnige resultaten vanwege spectrale mismatch. Zelfs als er een ideale lichtbron beschikbaar zou zijn, blijft het een uitdaging om nauwkeurige resultaten te garanderen in typische laboratorium- of productieomgevingen.
Keuze van de lichtbron:
De zonnesimulator moet een lichtbron gebruiken met een spectraal bereik tussen 300 nm en 800 nm dat nauw aansluit bij het AM1.5-spectrum. Gangbare xenonlampen hebben vaak een infraroodrijk spectrum (800 nm tot 1100 nm) dat afwijkt van de standaard, wat aanzienlijke afwijkingen veroorzaakt.
Spectrale respons:
De spectrale respons van een zonnecel verwijst naar het aantal ladingsdragers dat per foton wordt gegenereerd bij een bepaalde golflengte. Amorf siliciumcellen hebben een spectraal responsbereik van 400 nm tot 800 nm, vergeleken met 400 nm tot 1100 nm voor kristallijn siliciumcellen. Bij het testen van amorf siliciumcellen met behulp van simulatoren die gekalibreerd zijn met kristallijne siliciumstandaarden, draagt het infraroodrijke spectrum (800 nm tot 1100 nm) bij aan de stroom van kristallijne cellen, maar niet aan die van amorfe cellen. Dit resulteert in een ernstige onderschatting van de stroom en de algehele prestaties van de amorfe siliciumcel.
Daarnaast wordt de spectrale respons van amorfe siliciumcellen beïnvloed door factoren zoals biaslicht en spanning, waardoor het cruciaal is om met deze variabelen rekening te houden onder niet-standaard omstandigheden.
Voor een nauwkeurige test van dunnefilmzonnecellen van amorf silicium is zorgvuldige aandacht vereist voor de kalibratie van de bestralingssterkte, de selectie van de lichtbron en de afstemming van de spectrale respons. Het naleven van deze richtlijnen garandeert betrouwbare resultaten en voorkomt fouten die voortvloeien uit onjuiste kalibratiemethoden.
