Forscher der University of New South Wales in Australien haben eine neue laserbasierte Technik entwickelt, die es ermöglicht, UV-Schäden an Silizium-Solarzellen und deren Reparaturprozess unter Sonnenlicht in Echtzeit zu beobachten. Diese von Dr. Xiaojing Hao geleitete Überwachungsmethode kann chemische Veränderungen in den Zellen während der UV-Belastung verfolgen und könnte die Art und Weise verändern, wie Solarpanels getestet, entworfen und zertifiziert werden.

Dr. Hao erklärt: „Diese neue Methode kann direkt in der Produktionslinie eingesetzt werden, um schnell die Widerstandsfähigkeit von Solarzellen gegen UV-Schäden zu testen. Sie hat praktischen Wert für die Qualitätskontrolle in der Herstellung.“ Silizium-Solarzellen dominieren den Photovoltaikmarkt, sind aber anfällig für UV-induzierten Abbau. Längere Exposition kann zu einem signifikanten Effizienzverlust führen.

Die Forschung zeigt, dass Silizium-Solarzellen in beschleunigten Tests, die einer UV-Belastung von 2000 Stunden entsprechen, einen Leistungsabfall von bis zu 10 % erfahren können. Das Team nutzte UV-Raman-Spektroskopie, bei der ein Laser die molekularen Schwingungen des Materials analysiert, um eine zerstörungsfreie mikroskopische Überwachung zu erreichen.

Der korrespondierende Autor Dr. Ziheng Liu erläutert: „Diese Technik ähnelt einer Kamera. Sie kann nicht nur die elektrische Leistung messen, sondern auch direkt die Echtzeitveränderungen im Material selbst beobachten.“ Die Forscher beobachteten, dass UV-Licht chemische Bindungen, die Wasserstoff-, Silizium- und Boratome betreffen, verändert, die Passivierungsschicht an der Oberfläche schwächt und so die photoelektrische Umwandlungsfähigkeit reduziert.

Dr. A. Liu, außerordentlicher Professor an der UNSW, weist darauf hin, dass bei erneuter Belichtung der Zelle mit sichtbarem Licht Wasserstoffatome zur Oberfläche wandern und die gebrochenen chemischen Bindungen repariert werden, wodurch das Material in seinen ursprünglichen Zustand zurückkehrt. Er sagt: „Das bestätigt, dass die Reparatur nicht nur ein elektrischer Effekt ist, sondern dass sich das Material selbst auf atomarer Ebene erholt.“

Diese Erkenntnisse haben wichtige Auswirkungen auf die Testung und Zertifizierung von Solarzellen. Beschleunigte Alterungstests könnten Verluste aufgrund reversibler Degradation überschätzen. Die neue Überwachungsmethode bietet eine Grundlage für verbesserte Tests, indem sie zwischen temporären und irreversiblen Veränderungen unterscheidet. Dr. Liu betont: „Diese Unterscheidung ist entscheidend für eine genaue Lebensdauervorhersage.“

Die Raman-basierte Methode kann die UV-Empfindlichkeit innerhalb von Sekunden detektieren, ohne die Solarzelle zu beschädigen. Sie kann zum Screening neuer Materialien, Prozessbedingungen oder Designänderungen sowie für die Online-Qualitätskontrolle eingesetzt werden. Dr. Hao fasst zusammen: „Diese Arbeit gibt uns ein klareres Bild vom tatsächlichen Verhalten von Solarzellen. Mit besseren Überwachungswerkzeugen können wir zuverlässigere Solarsysteme entwerfen.“ Die Studie wurde in der Fachzeitschrift „Energy & Environmental Science“ veröffentlicht.