WO2010145649A2 - Wirkungsgradstabilisierungsverfahren für solarzellen - Google Patents

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WO2010145649A2
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solar cells
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Ronny Bakowskie
Stephan Diez
Sebastian Falkner
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    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Definitions

  • the invention relates to an efficiency stabilization method for solar cells.
  • the determination of the selling price of solar cells and solar cell modules is often based on the stabilized efficiency.
  • solar cells of a production series are randomly demoted and the results are used to calculate or estimate an average or a maximum relative degradation for all solar cells in the production series. This estimated degradation factor is taken into account as an efficiency discount in determining the sales price of the solar cells.
  • the invention is based on the idea of achieving a degradation of the solar cell instead of by means of illumination by means of a forward voltage applied to the solar cell in order to put the solar cell in a state of stable efficiency.
  • forward voltage means that a voltage is applied so that the active region of the solar cell is poled in the forward direction.
  • the active region is typically an np junction, but the method is also applicable to other types of active regions, such as heterojunctions, Shottky junctions, or the like.
  • This efficiency stabilization process can be carried out with little effort and cost. For this reason, it can be performed on substantially all solar cells in a production line. Following the efficiency stabilization step, the solar cells can be tested and sorted into efficiency groups according to their stabilized efficiencies. Thus, an accurate characterization of each individual solar cell can be carried out with relatively little effort. It is then possible to interconnect only the solar cells of a common efficiency group in a module.
  • the solar cell is substantially not illuminated during the application of the forward voltage. This means that no targeted illumination of the solar cell surface takes place.
  • any existing room lighting that contributes to an irradiance on the Solar cell surface of less than about 50 W / m 2 , preferably less than about 20 W / m 2 , more preferably less than about 10 W / m 2 .
  • the region in which the efficiency stabilization is performed is completely darkened, so that substantially no light reaches the solar cell surface during the application of the forward voltage.
  • an illumination of the solar cell is not necessary, so that the solar cells can be subjected to the efficiency stabilization process, even in a difficult to expose, for example, shading each other.
  • the solar cell is heated during the application of the forward voltage.
  • the solar cell to a heating temperature of about 60 0 C to 140 0 C, preferably from about 90 ° C to 120 0 C, is heated.
  • the heating can take place by means of an external heat source, for example in a furnace provided for this purpose.
  • the heating of the solar cell takes place essentially by means of the applied forward voltage.
  • the heating of the solar cell occurs only due to the current flow in the solar cell and no external heat sources are used.
  • the control of the efficiency stabilization process takes place by means of regulation of a single parameter, namely the forward voltage.
  • the efficiency stabilization method can be carried out, for example, at an ambient temperature of about 10 ° C to 30 ° C, preferably at about 20 0 C.
  • the solar cell by means of controlling the applied forward voltage to a predetermined - A -
  • Heating temperature is heated.
  • the temperature which prevails in the solar cell or on the solar cell surface can be determined for each combination of applied forward voltage and the resulting forward current. Conversely, if the starting temperature is known, it can be determined which forward voltage must be applied over which period of time in order to approach the desired heating temperature.
  • the temperature of the solar cell is kept substantially at the heating temperature by means of a control process.
  • a desired heating temperature for the solar cell can be achieved and / or maintained in an iterative process.
  • This iterative heating process may look, for example, as follows, wherein said numerical values represent advantageous embodiments:
  • a current for example, with a current density in the order of about 4 to 35 mA / cm 2 by applying a voltage of about 0.5 to 0.8 V impressed into the solar cell.
  • the registered power increases the temperature of the solar cell.
  • a voltage of about 0.25 to 0.4 V is applied to the solar cell, so that a small current with a current density in the order of about 0.2 to 1, 5 mA / cm 2 flows through the solar cell , The registered here power is not sufficient to maintain the temperature reached in the heating phase. The temperature drops.
  • Control device measures the voltage at constant impressed current during the heating phase. If this voltage falls below a defined voltage threshold value, the system switches back to the hold phase. During the holding phase, the current resulting from the applied constant voltage is measured. If the current falls under one
  • a plurality of solar cells are simultaneously subjected to the efficiency stabilization step in a series and / or parallel connection.
  • This has the advantage that the efficiency stabilization process can be carried out even faster.
  • solar cells contacted on both sides merely need to be stacked on top of each other.
  • about 70 solar cells with a single voltage source may be co-subjected to the efficiency stabilization step.
  • the voltage source can supply a voltage of approximately 48 V during a heating phase and a voltage of approximately 24 V during a holding phase, if the above-explained iterative heating process is used.
  • the plurality of solar cells are stacked on top of each other during the efficiency stabilization step.
  • the solar cells can be transferred, for example, from a conventional wafer holder out.
  • the stack of solar cells also has the advantage that an illumination of the solar cell surfaces can be prevented in a simple way, since adjacent solar cells can shade each other.
  • the solar cells in such a stack are in a substantially similar environment, so that the reproducibility of the results in the efficiency stabilization method is improved.
  • the plurality of solar cells with planar electrodes are arranged alternately in a stack and then the forward voltage is applied to the planar electrodes.
  • the planar electrodes are preferably formed of metal plates which are arranged between the solar cells. This embodiment is suitable for both sides contacted solar cells, which are arranged in the stack alternately with an emitter contact side and with a base contact side in a stacking direction, so that when creating the Forward voltage in the stack sequential planar electrodes have different polarities.
  • the solar cell or the plurality of solar cells are at least partially surrounded by a heat-insulating sheath during the efficiency stabilization step.
  • the heat-insulating casing reduces the heat loss of the solar cell (s) during the efficiency stabilization step, so that a lower energy input into the solar cell (s) or vice versa with the same energy input faster heating of the solar cell (s) is possible.
  • the envelope may be a cylindrical container.
  • FIG. 2 is a schematic characteristic diagram for illustrating an iterative heating process
  • Fig. 3 shows a stacking arrangement of solar cells for carrying out the
  • FIG. 1 illustrates by way of a flow chart the efficiency stabilization method according to a preferred embodiment.
  • solar cells from a production series are first contacted in a contacting step 101 after production.
  • An efficiency stabilization step 102 follows, in which a forward voltage is applied to the solar cells.
  • a forward voltage is applied to the solar cells.
  • it can be a constant
  • Forward voltage act may be selected so that a constant forward current flows through the solar cells.
  • Other more elaborate efficiency stabilization steps 102 are also possible one of which will be described below as an iterative heating process with reference to FIG. 2.
  • the efficiency stabilization step 102 in which the solar cells are degraded until each set stabilized efficiencies, the efficiency of each individual efficiency-stabilized solar cell is measured in a measuring step 103.
  • the solar cells are then divided into two or more efficiency groups in a sorting step 104.
  • a plurality of solar cells are interconnected from an efficiency group in an interconnecting step 105 to form a solar cell module.
  • a preferred heating process during the efficiency stabilization step 102 in which the heating of the solar cell takes place essentially exclusively by means of the applied forward voltage, is explained below with reference to a schematic characteristic diagram illustrated in FIG. 2.
  • the temperatures used here are only examples.
  • a voltage applied to a solar cell voltage (U) is linearly plotted, while along the ordinate of the current flowing through the solar cell current (I) is plotted logarithmically. Since it is only a schematic representation, no scaling is specified.
  • the graph shows four exemplary characteristic curves 10, which indicate each have an adjusting current through the solar cell as a function of the applied forward voltage for four different temperatures, namely 20 0 C, 60 0 C, 100 ° C and 140 0 C.
  • the solar cell is initially at a temperature of 20 ° C, so that the corresponding 20 ° C characteristic 10 is relevant.
  • the temperature of the solar cell should approach a desired heating temperature, which is between 100 0 C and 140 ° C. and in the characteristic diagram corresponds to a target working point 6, which lies on a dashed line target characteristic 11.
  • a constant heating current I 1 is impressed into the solar cell, so that the solar cell is at a first operating point, which corresponds to a heating phase beginning 1. Due to the constant heating current I 1 , the solar cell heats up, in the illustrated case to about 140 0 C, so that now the 140 0 C curve 10 is relevant and the solar cell is located in an operating point corresponding to a heating phase end 2.
  • a lower substantially constant holding voltage U 2 is applied to the solar cell, so that a new operating point is established at the holding phase start 3.
  • the power entered into the solar cell is too low to maintain the temperature. Therefore, the temperature at the solar cell decreases, in the illustrated case to about 100 ° C, and the operating point shifts accordingly towards a holding phase end 4, which is located on the 100 ° C characteristic curve 10.
  • a substantially constant current I 1 is supplied to the solar cell, optionally again triggered by a threshold comparison, so that an operating point is established at a further start of heating phase 5.
  • This starts another heating cycle in the iterative heating process.
  • the actual operating point remains close to the target working point 6 and circles it in the characteristic diagram.
  • a current (not shown in FIG. 2) can be set which lies below the constant heating current I 1 and corresponds to a working point lying closer to the target working point 6.
  • the heating current h starting from the beginning of the heating phase 1, can be modulated such that the desired temperature, which corresponds to the target working point 6, is reached already in a first heating cycle.
  • FIG. 3 shows a schematic representation of a stack of solar cells 20 and electrodes 22, which are arranged alternately to one another.
  • the solar cells 20 are arranged between the planar electrodes 22 so that each electrode 22 comes into contact with contacts of two solar cells 20 with the same polarity, ie either with the emitter contacts or with the base contacts of the two adjacent solar cells 20.
  • successive solar cells 20 are pairwise stacked in reverse orientation.
  • Solar cell stacks 20 act, each comprising a plurality of stacked and thus connected to each other in series solar cells. In this case, it is these solar cell stacks 20 which are arranged alternately with the electrodes 22 with alternating spatial orientation. In this way, for example, with a voltage source with a limited maximum voltage (for example, 48 V) several such solar cell stack 20 can be treated simultaneously.
  • a voltage source with a limited maximum voltage (for example, 48 V) several such solar cell stack 20 can be treated simultaneously.
  • Electrodes 22 of the same polarity are connected to one another as shown in FIG. 3 and are connected to a connection terminal 24 of a voltage source.
  • a voltage source of 48 V can be applied to a series circuit of solar cells
  • the solar cells 20 in the present stack arrangement are connected in a parallel circuit, so that the forward voltage applied to the terminals 24 is one to a single Solar cell to be applied forward voltage must match.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Wirkungsgradstabilisierungsverfahren für Solarzellen (20), bei dem eine Solarzelle (20) im Anschluss an seiner Herstellung einem Wirkungsgradstabilisierungsschritt (102) unterzogen wird, welches ein Anlegen einer Vorwärtsspannung an die Solarzelle (20) umfasst.

Description

Titel:
Wirkungsgradstabilisierungsverfahren für Solarzellen
Beschreibung:
Die Erfindung betrifft ein Wirkungsgradstabilisierungsverfahren für Solarzellen.
Die Meisten Solarzellen weisen unmittelbar nach der Herstellung und somit in neuem Zustand einen höheren Wirkungsgrad auf, als nach einem Zeitraum der Benutzung. Die aufgrund der Benutzung stattfindende Degradation einer Solarzelle kann je nach Solarzellenart und Herstellungsverfahren zum Teil erheblich sein. Der Wirkungsgrad stabilisiert sich jedoch nach einer Zeitperiode der Benutzung.
Aus diesem Grund wird bei der Bestimmung des Verkaufspreises von Solarzellen und Solarzellen-Modulen häufig der stabilisierte Wirkungsgrad zugrunde gelegt. Hierzu werden Solarzellen einer Fertigungsreihe Stichprobenhaft degradiert und aus den Ergebnissen eine durchschnittliche oder eine maximale relative Degradation für alle Solarzellen der Fertigungsreihe errechnet oder geschätzt. Dieser geschätzte Degradationsfaktor wird als Wirkungsgradabschlag bei der Verkaufspreisbestimmung der Solarzellen berücksichtigt.
Diese Vorgehensweise hat jedoch den Nachteil, dass aufgrund der Stichprobenhaften Behandlung lediglich ein durchschnittlicher stabilisierter Wirkungsgrad für die gesamte Fertigungsreihe ermittelt werden kann, wobei die Wirkungsgrade der einzelnen Solarzellen in der Fertigungsreihe zum Teil erheblich voneinander abweichen können. Die Degradation der Solarzellen wird gewöhnlich mittels Beleuchten und / oder Erwärmen der ausgewählten Solarzellen erreicht. Dieses Verfahren ist jedoch Kosten- und Zeitaufwändig, weshalb es bei den Solarzellen nur Stichprobenhaft durchgeführt wird und nicht bei allen Solarzellen. Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein effizientes sowie kostengünstiges Wirkungsgradstabilisierungsverfahren für Solarzellen bereitzustellen, das mit geringem Aufwand anwendbar ist.
Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch ein Wirkungsgradstabilisierungsverfahren mit den Merkmalen des Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen aufgeführt.
Die Erfindung beruht auf den Gedanken, eine Degradation der Solarzelle anstelle mittels einer Beleuchtung, mit Hilfe einer an die Solarzelle angelegten Vorwärtsspannung zu erreichen, um die Solarzelle in einen Zustand eines stabilen Wirkungsgrades zu versetzen. Hierbei bedeutet Vorwärtsspannung, dass eine Spannung so angelegt wird, dass der aktive Bereich der Solarzelle in Durchlassrichtung gepolt wird. Bei dem aktiven Bereich handelt es sich in der Regel um einen np-Übergang, wobei das Verfahren jedoch auch auf andere Arten von aktiven Bereichen anwendbar ist, beispielsweise auf HeteroÜbergänge, Shottky-Übergänge oder dergleichen.
Dieses Wirkungsgradstabilisierungsverfahren ist mit geringem Aufwand und kostengünstig durchführbar. Aus diesem Grund kann es an im Wesentlichen allen Solarzellen in einer Fertigungsreihe durchgeführt werden. Im Anschluss an den Wirkungsgradstabilisierungsschritt können die Solarzellen getestet und entsprechend ihrer stabilisierten Wirkungsgrade in Wirkungsgradgruppen sortieren werden. Somit kann eine genaue Charakterisierung jeder einzelnen Solarzelle mit relativ geringem Aufwand durchgeführt werden. Es ist dann möglich, nur die Solarzellen einer gemeinsamen Wirkungsgradgruppe in einem Modul zu verschalten.
In einer vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Solarzelle während des Anliegens der Vorwärtsspannung im Wesentlichen nicht beleuchtet wird. Dies bedeutet, dass keine gezielte Beleuchtung der Solarzellenoberfläche stattfindet. Möglich ist jedoch eine gegebenenfalls vorhandene Raumbeleuchtung, die zu einer Bestrahlungsstärke auf der Solarzellenoberf lache von weniger als etwa 50 W/m2 führt, vorzugsweise von weniger als etwa 20 W/m2, eher bevorzugt von weniger als etwa 10 W/m2.
In einer besonderen Ausführungsform ist der Bereich, in dem die Wirkungsgradstabilisierung durchgeführt wird vollständig abgedunkelt, so dass während des Anliegens der Vorwärtsspannung im Wesentlichen kein Licht die Solarzellenoberfläche erreicht. Mit anderen Worten, eine Beleuchtung der Solarzelle ist nicht notwendig, so dass die Solarzellen auch in einer schwer belichtbaren, da beispielsweise sich gegenseitig abschattenden, Anordnung dem Wirkungsgradstabilisierungsverfahren unterzogen werden können.
Gemäß einer zweckmäßigen Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Solarzelle während des Anliegens der Vorwärtsspannung erwärmt wird. Zweckmäßigerweise ist hierbei vorgesehen, dass die Solarzelle auf eine Heiztemperatur von etwa 600C bis 1400C, vorzugsweise von etwa 90°C bis 1200C, erwärmt wird. Die Erwärmung kann mittels einer externen Wärmequelle erfolgen, zum Beispiel in einem hierfür vorgesehenen Ofen.
Bevorzugterweise ist vorgesehen, dass die Erwärmung der Solarzelle im Wesentlichen mittels der angelegten Vorwärtsspannung erfolgt. Mit anderen Worten, die Erwärmung der Solarzelle erfolgt lediglich aufgrund des Stromflusses in der Solarzelle und es werden keine externen Wärmequellen verwendet. Dies hat den Vorteil, dass das Verfahren zusätzlich vereinfacht wird, da außer einer Spannungsquelle keine weiteren Heizvorrichtungen benötigt werden. Die Steuerung des Wirkungsgradstabilisierungsverfahrens erfolgt mittels Regelung eines einzigen Parameters, nämlich der Vorwärtsspannung. Das Wirkungsgradstabilisierungsverfahren kann beispielsweise bei einer Umgebungstemperatur von etwa 10° C bis 30 °C, vorzugsweise bei etwa 200C, durchgeführt werden.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass mit Hilfe zuvor gemessener und / oder errechneter Temperaturkennlinien die Solarzelle mittels Steuerung der angelegten Vorwärtsspannung auf eine vorgegebene - A -
Heiztemperatur erwärmt wird. Mittels der Temperaturkennlinien kann zu jeder Kombination aus angelegter Vorwärtsspannung und daraus sich einstellendem Vorwärtsstrom die Temperatur ermittelt werden, welche in der Solarzelle beziehungsweise auf der Solarzellenoberfläche herrscht. Umgekehrt kann bei bekannter Anfangstemperatur ermittelt werden, welche Vorwärtsspannung über welchen Zeitraum angelegt werden muss, um sich der gewünschten Heiztemperatur zu nähern.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Temperatur der Solarzelle mittels eines Regelungsprozesses im Wesentlichen auf der Heiztemperatur gehalten wird. Mittels dieser Ausführungsform kann eine gewünschte Heiztemperatur für die Solarzelle in einem iterativen Prozess erreicht und / oder gehalten werden. Dieser iterative Heizprozess kann beispielsweise folgendermaßen aussehen, wobei die genannten Zahlenwerte vorteilhafte Ausführungsbeispiele darstellen: In einer Heizphase wird ein Strom, zum Beispiel mit einer Stromdichte in der Größenordnung von etwa 4 bis 35 mA/cm2 mittels Anlegen einer Spannung von etwa 0,5 bis 0,8 V in die Solarzelle eingeprägt. Die dabei eingetragene Leistung erhöht die Temperatur der Solarzelle.
In einer anschließenden Haltephase wird an die Solarzelle eine Spannung von etwa 0,25 bis 0,4 V angelegt, so dass ein geringer Strom mit einer Stromdichte in der Größenordnung von etwa 0,2 bis 1 ,5 mA/cm2 durch die Solarzelle fließt. Die hierbei eingetragene Leistung reicht nicht aus, um die in der Heizphase erreichte Temperatur zu halten. Die Temperatur sinkt ab. Eine
Regelungsvorrichtung misst die Spannung bei konstantem eingeprägtem Strom während der Heizphase. Fällt diese Spannung unter einen definierten Spannungsschwellenwert ab, wird wieder in die Haltephase umgeschaltet. Während der Haltephase wird der Strom gemessen, der sich aus der anliegenden konstanten Spannung ergibt. Fällt der Strom unter einen
Stromschwellenwert ab, dann wird wieder in die Heizphase umgeschaltet. Vorteilhafterweise ist vorgesehen, dass mehrere Solarzellen gleichzeitig in einer Serien- und / oder Parallelschaltung dem Wirkungsgradstabilisierungsschritt unterzogen werden. Dies hat den Vorteil, dass das Wirkungsgradstabilisierungsverfahren noch schneller durchgeführt werden kann. Für eine Serienschaltung brauchen beidseitig kontaktierte Solarzellen lediglich aufeinandergelegt zu werden. Beispielsweise können etwa 70 Solarzellen mit einer einzelnen Spannungsquelle gemeinsam dem Wirkungsgradstabilisierungsschritt unterzogen werden. Im Fall einer Serienverschaltung der etwa 70 Solarzellen kann die Spannungsquelle während einer Heizphase eine Spannung von etwa 48 V und während einer Haltephase eine Spannung von etwa 24 V liefern, wenn der vorangehend erläuterte iterative Heizprozess angewendet wird.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die mehreren Solarzellen während des Wirkungsgradstabilisierungsschrittes übereinander gestapelt sind. In diese platzsparende Anordnung können die Solarzellen beispielsweise aus einem üblichen Waferhalter heraus überführt werden. Der Stapel aus Solarzellen hat zudem den Vorteil, dass eine Beleuchtung der Solarzellenoberflächen auf einfachem Wege verhindert werden kann, da sich benachbarte Solarzellen gegenseitig abschatten können. Darüber hinaus befinden sich die Solarzellen in einem solchen Stapel aufgrund ihrer Nähe zueinander in einer im Wesentlichen gleichen Umgebung, so dass die Reproduzierbarkeit der Ergebnisse bei dem Wirkungsgradstabilisierungsverfahren verbessert wird.
Bevorzugterweise ist vorgesehen, dass die mehreren Solarzellen mit flächigen Elektroden alternierend in einem Stapel angeordnet werden und an den flächigen Elektroden anschließend die Vorwärtsspannung angelegt wird. Die flächigen Elektroden sind vorzugsweise aus Metallplatten gebildet, die zwischen den Solarzellen angeordnet werden. Diese Ausführungsform ist für beidseitig kontaktierte Solarzellen geeignet, welche in dem Stapel abwechselnd mit einer Emitterkontaktseite und mit einer Basiskontaktseite in eine Stapelrichtung angeordnet werden, so dass beim Anlegen der Vorwärtsspannung in dem Stapel aufeinander folgende flächige Elektroden unterschiedliche Polaritäten aufweisen.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Solarzelle oder die mehreren Solarzellen während des Wirkungsgradstabilisierungsschrittes von einer wärmedämmenden Hülle zumindest teilweise umgeben sind. Die wärmedämmende Hülle vermindert den Wärmeverlust der Solarzelle(n) während des Wirkungsgradstabilisierungsschrittes, so dass ein geringerer Energieeintrag in die / den Solarzelle(n) notwendig oder umgekehrt bei gleichem Energieeintrag eine schnellere Aufheizung der Solarzelle(n) möglich ist. Wenn die Solarzellen in einem Stapel angeordnet sind, kann es sich bei der Hülle beispielsweise um einen zylindrischen Behälter handeln.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Figuren erläutert. Hierbei zeigen:
Fig. 1 ein Flussdiagramm des Wirkungsgradstabilisierungsverfahrens für Solarzellen in einer bevorzugten Ausführungsform;
Fig. 2 ein schematisches Kennliniendiagramm zur Veranschaulichung eines iterativen Heizprozesses; und
Fig. 3 eine Stapelanordnung von Solarzellen zur Durchführung des
Wirkungsgradstabilisierungsverfahrens gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform.
Die Fig. 1 veranschaulicht anhand eines Flussdiagramms das Wirkungsgradstabilisierungsverfahrens gemäß einer bevorzugten Ausführungsform. Hierbei werden Solarzellen aus einer Fertigungsreihe in einem Kontaktierschritt 101 nach der Herstellung zunächst kontaktiert. Es folgt ein Wirkungsgradstabilisierungsschritt 102, bei dem an den Solarzellen eine Vorwärtsspannung angelegt wird. Beispielsweise kann es sich um eine konstante
Vorwärtsspannung handeln. Alternativ kann die Vorwärtsspannung so gewählt sein, dass ein konstanter Vorwärtsstrom durch die Solarzellen fließt. Andere, aufwendigere Wirkungsgradstabilisierungsschritte 102 sind ebenfalls möglich, von denen einer nachfolgend als iterativer Heizprozess anhand der Fig. 2 beschrieben wird.
Im Anschluss an den Wirkungsgradstabilisierungsschritt 102, bei dem die Solarzellen degradiert werden, bis sich jeweils stabilisierte Wirkungsgrade einstellen, wird in einem Messschritt 103 der Wirkungsgrad jeder einzelnen wirkungsgradstabilisierten Solarzelle gemessen. Die Solarzellen werden dann in einem Sortierungsschritt 104 in zwei oder mehr Wirkungsgradgruppen eingeteilt. Schließlich werden mehrere Solarzellen aus einer Wirkungsgradgruppe in einem Verschaltungsschritt 105 zu einem Solarzellenmodul zusammengeschaltet.
Einen bevorzugten Heizprozess während des Wirkungsgradstabilisierungsschrittes 102, bei dem das Erwärmen der Solarzelle im Wesentlichen ausschließlich mittels der angelegten Vorwärtsspannung erfolgt, wird im Folgenden anhand eines in der Fig. 2 dargestellten schematischen Kennliniendiagramms erläutert. Die hier verwendeten Temperaturen sind lediglich Beispielswerte.
Entlang der Abszisse ist eine an eine Solarzelle angelegte Spannung (U) linear aufgetragen, während entlang der Ordinate der durch die Solarzelle fließende Strom (I) logarithmisch aufgetragen ist. Da es sich lediglich um eine schematische Darstellung handelt, ist keine Skalierung angegeben. Das Diagramm zeigt beispielhaft vier Kennlinien 10, welche jeweils einen sich einstellenden Strom durch die Solarzelle in Abhängigkeit von der angelegten Vorwärtsspannung für vier unterschiedliche Temperaturwerte angeben, nämlich für 200C, 600C, 100°C und 1400C.
Bei einem iterativen Heizprozess liegt die Solarzelle zunächst bei einer Temperatur von 20°C vor, so dass die entsprechende 20°C-Kennlinie 10 relevant ist. Mit Hilfe des Heizprozesses soll sich die Temperatur der Solarzelle einer gewünschten Heiztemperatur nähern, die zwischen 1000C und 140° C liegt und im Kennliniendiagramm einem Zielarbeitspunkt 6 entspricht, welcher auf einer gestrichelt dargestellten Zielkennlinie 11 liegt.
Es wird ein konstanter Heizstrom I1 in die Solarzelle eingeprägt, so dass sich die Solarzelle in einem ersten Arbeitspunkt befindet, der einem Heizphasenbeginn 1 entspricht. Aufgrund des konstanten Heizstromes I1 erwärmt sich die Solarzelle, im dargestellten Fall auf etwa 1400C, so dass nun die 1400C- Kennlinie 10 relevant ist und sich die Solarzelle in einem Arbeitspunkt befindet, der einem Heizphasenende 2 entspricht.
An diesem Punkt wird, beispielsweise getriggert mittels eines Schwellenwertvergleiches, anstelle einer variablen Spannung zum Aufrechterhalten des im Wesentlichen konstanten Heizstromes I1 eine niedrigere im Wesentlichen konstante Haltespannung U2 an die Solarzelle angelegt, so dass sich ein neuer Arbeitspunkt am Haltephasenbeginn 3 einstellt. Während der Haltephase ist die in die Solarzelle eingetragene Leistung zu gering, um die Temperatur zu halten. Deshalb sinkt die Temperatur an der Solarzelle ab, im dargestellten Fall auf etwa 100° C, und der Arbeitspunkt verschiebt sich entsprechend zu einem Haltephasenende 4 hin, der sich auf der 100°C-Kennlinie 10 befindet.
In einem nächsten Schritt wird der Solarzelle, gegebenenfalls wiederum durch einen Schwellenwertvergleich getriggert, ein im Wesentlichen konstanter Strom I1 zugeführt, so dass sich ein Arbeitspunkt an einem weiteren Heizphasenbeginn 5 einstellt. Damit beginnt ein weiterer Heizzyklus im iterativen Heizprozess. Auf diese Weise bleibt der tatsächliche Arbeitspunkt nahe dem Zielarbeitspunkt 6 und umkreist diesen im Kennliniendiagramm. Alternativ kann im weiteren Heizzyklus ein Strom (in der Fig. 2 nicht dargestellt) eingestellt werden, der unterhalb des konstanten Heizstromes I1 liegt und einem näher am Zielarbeitspunkt 6 liegenden Arbeitspunkt entspricht. Weitere Modifikationen zu dem hier erläuterten Heizprozess sind möglich. Beispielsweise kann der Heizstrom h ausgehend vom Heizphasenbeginn 1 derart moduliert werden, dass bereits in einem ersten Heizzyklus die gewünschte Temperatur erreicht wird, die dem Zielarbeitspunkt 6 entspricht.
Die Fig. 3 zeigt in einer schematischen Darstellung einen Stapel aus Solarzellen 20 und Elektroden 22, die alternierend aufeinander angeordnet sind. Die Solarzellen 20 sind zwischen den flächenförmigen Elektroden 22 so angeordnet, dass jede Elektrode 22 mit Kontakten zweier Solarzellen 20 mit gleicher Polarität in Berührung kommt, also entweder mit den Emitterkontakten oder mit den Basiskontakten der beiden benachbarten Solarzellen 20. Somit sind aufeinander folgende Solarzellen 20 paarweise in umgekehrter Orientierung aufeinander gestapelt.
Alternativ kann es sich bei der Fig. 3 um die Darstellung von mehreren
Solarzellenstapeln 20 handeln, welche jeweils mehrere aufeinandergestapelte und somit miteinander seriell verbundene Solarzellen umfassen. In diesem Fall sind es diese Solarzellenstapel 20, welche mit abwechselnder räumlicher Orientierung alternierend mit den Elektroden 22 aufeinander angeordnet. Auf diese Weise können beispielsweise mit einer Spannungsquelle mit begrenzter Maximalspannung (zum Beispiel 48 V) mehrere derartiger Solarzellenstapel 20 gleichzeitig behandelt werden.
Elektroden 22 gleicher Polarität sind wie in der Fig. 3 dargestellt miteinander verbunden und an einer Anschlussklemme 24 einer Spannungsquelle angeschlossen. Anders als bei der eingangs erläuterten Anordnung, bei der eine Spannungsquelle mit 48 V an eine Serienschaltung von Solarzellen angelegt werden kann, sind die Solarzellen 20 in der vorliegenden Stapelanordnung in einer Parallelschaltung verschaltet, so dass die an den Anschlussklemmen 24 anliegende Vorwärtsspannung einer an einer einzelnen Solarzelle anzulegenden Vorwärtsspannung entsprechen muss. Bezugszeichenliste:
101 Kontaktierschritt
102 Wirkungsgradstabilisierungsschritt
103 Messschritt
104 Sortierungsschritt
105 Verschaltungsschritt
1 Heizphasenbeginn
2 Heizphasenende
3 Haltephasenbeginn
4 Haltephasenende
5 Heizphasenbeginn zweiter Zyklus
6 Zielarbeitspunkt
10 Kennlinien
11 Zielkennlinie
Ii Heizstrom
U2 Haltespannung
20 Solarzellen / Solarzellenstapel
22 Elektroden
24 Anschlussklemmen

Claims

Patentansprüche:
1. Wirkungsgradstabilisierungsverfahren für Solarzellen (20), bei dem eine Solarzelle (20) im Anschluss an seiner Herstellung einem Wirkungsgradstabilisierungsschritt (102) unterzogen wird, welches ein Anlegen einer Vorwärtsspannung an die Solarzelle (20) umfasst.
2. Wirkungsgradstabilisierungsverfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Solarzelle (20) während des Anliegens der Vorwärtsspannung im Wesentlichen nicht beleuchtet wird.
3. Wirkungsgradstabilisierungsverfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Solarzelle (20) während des Anliegens der Vorwärtsspannung erwärmt wird.
4. Wirkungsgradstabilisierungsverfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Solarzelle (20) während des Anliegens der Vorwärtsspannung auf eine Heiztemperatur von etwa 600C bis 1400C, vorzugsweise von etwa 90° C bis 1200C, erwärmt wird.
5. Wirkungsgradstabilisierungsverfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Erwärmung der Solarzelle (20) im Wesentlichen mittels der angelegten Vorwärtsspannung erfolgt.
6. Wirkungsgradstabilisierungsverfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass mit Hilfe zuvor gemessener und / oder errechneter Temperaturkennlinien (10, 11 ) die Solarzelle (20) mittels Steuerung der angelegten Vorwärtsspannung auf eine vorgegebene Heiztemperatur erwärmt wird.
7. Wirkungsgradstabilisierungsverfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur der Solarzelle (20) mittels eines Regelungsprozesses im Wesentlichen auf der Heiztemperatur gehalten wird.
8. Wirkungsgradstabilisierungsverfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Solarzellen (20) gleichzeitig in einer Serien- und / oder Parallelschaltung dem Wirkungsgradstabilisierungsschritt (102) unterzogen werden.
9. Wirkungsgradstabilisierungsverfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die mehreren Solarzellen (20) während des Wirkungsgradstabilisierungsschrittes (102) übereinander gestapelt sind.
10. Wirkungsgradstabilisierungsverfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die mehreren Solarzellen (20) mit flächigen Elektroden (22) alternierend in einem Stapel angeordnet werden und an den flächigen Elektroden (22) anschließend die Vorwärtsspannung angelegt wird.
11. Wirkungsgradstabilisierungsverfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Solarzelle (20) oder die mehreren Solarzellen (20) während des Wirkungsgradstabilisierungsschrittes (102) von einer wärmedämmenden Hülle zumindest teilweise umgeben sind.
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