Beschreibung

Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung der Quanteneffizienz einer Solarzelle

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur

Bestimmung der Quanteneffizienz einer Solarzelle sowie eine Vorrichtung zur Bestimmung der Quanteneffizienz einer

Solarzelle .

Die Quanteneffizienz einer Solarzelle, die auch als spektrale Empfindlichkeit bezeichnet wird, gibt an, wie viele Photonen beziehungsweise welche Lichtleistung in Abhängigkeit von der Wellenlänge der Photonen von der Solarzelle absorbiert und in elektrischen Strom umgewandelt werden können. Sie ist im Wesentlichen abhängig von den Materialien der Solarzelle, insbesondere von den aktiven Schichten, in denen Photonen zu elektrischem Strom umgewandelt werden. Um die

wellenlängenabhängige Quanteneffizienz einer Solarzelle zu bestimmen, wird diese üblicherweise mit monochromatischem Licht, also mit Licht in einem sehr schmalen

Wellenlängenbereich, mit veränderlicher Wellenlänge bestrahlt und der dadurch in der Solarzelle induzierte Strom wird gemessen. Für derartige Messungen werden üblicherweise eine Lichtquelle wie etwa eine Halogenlampe und ein Monochromator zur Auswahl von Wellenlängenintervallen verwendet.

Je höher die Auflösung der Messung sein soll, desto schmaler muss der Wellenlängenbereich des eingestrahlten Lichts sein. Das führt bei einer gewünschten hohen Auflösung und einer dementsprechenden sehr geringen spektralen Breite des

eingestrahlten Lichts zu einem sehr kleinen in der Solarzelle induzierten Strom, so dass für jede der Messungen eine lange Integrationszeit vonnöten ist, um ein stabiles Signal zu erreichen. Übliche Messzeiten zur Bestimmung der

Quanteneffizienz liegen daher im Bereich von einer halben bis zu einer Stunde.

Bei der Messung der Quanteneffizienz eines so genannten

Mehrfachabsorbersystems wie etwa einer Tandemzelle, bei der zwei aktive Schichten mit zwei verschiedenen Materialien mit verschiedenen Absorptionsspektren übereinander angeordnet und dadurch elektrisch in Serie verschaltet sind, kann ein

Fotostrom nur dann gemessen werden, wenn beide aktiven

Schichten Photonen absorbieren und dadurch Elektron-Loch- Paare erzeugen können, da nur dann beide aktive Schichten elektrisch leitend sind. Die jeweilige elektrische

Leitfähigkeit der aktiven Schichten ist dabei abhängig von den jeweils erzeugten Ladungsträgerpaaren. Der gemessene Fotostrom, der dem Strom entspricht, der durch beide

übereinander angeordneten aktiven Schichten fließt, ist daher durch die geringere der beiden Leitfähigkeiten limitiert. Wird daher bei bekannten Verfahren monochromatisches Licht in einem Wellenlängenbereich eingestrahlt, das nur von einer der beiden aktiven Schichten absorbiert werden kann, so würde gar kein Fotostrom gemessen werden können, da die andere aktive Schicht nicht leitfähig ist. Deswegen ist es bei derartigen Verfahren notwendig, dass zusätzlich zum monochromatischen Licht ein breitbandiges so genanntes „Bias-Licht" auf die Solarzelle eingestrahlt wird, dass der zusätzlichen Erzeugung von Elektronen-Loch-Paaren in der das monochromatische Licht nicht absorbierenden aktiven Schicht dient, um diese

leitfähig zu machen. Das Bias-Licht wird typischerweise mit Halogenlampen mit geeignet gewählten Bandkantenfiltern erzeugt . Zumindest eine Aufgabe von bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Bestimmung der Quanteneffizienz einer Solarzelle anzugeben, das eine schnellere und/oder einfachere Messung ermöglichen kann.

Weiterhin ist es eine Aufgabe von bestimmten

Ausführungsformen, eine Vorrichtung zur Bestimmung der

Quanteneffizienz einer Solarzelle anzugeben.

Diese Aufgaben werden durch das Verfahren und den Gegenstand mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen des

Verfahrens und des Gegenstands sind in den abhängigen

Ansprüchen gekennzeichnet und gehen weiterhin aus der

nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen hervor.

Ein Verfahren zur Bestimmung der Quanteneffizienz einer

Solarzelle mit einer aktiven Schichtenfolge gemäß einer

Ausführungsform umfasst insbesondere die Schritte

A) Bereitstellen der aktiven Schichtenfolge mit zumindest einer optoelektronisch aktiven Schicht, die ein

Absorptionsspektrum aufweist;

B) Durchführung einer Mehrzahl von Messungen von in der optoelektronisch aktiven Schicht erzeugten Fotoströmen, wobei

- bei der Mehrzahl der Messungen die Fotoströme durch Licht mit voneinander verschiedenen Beleuchtungsspektren erzeugt werden,

- die voneinander verschiedenen Beleuchtungsspektren

verschieden gewichtete Überlagerungen von einer Mehrzahl von Einzelspektren mit jeweils unterschiedlichen

charakteristischen Wellenlängen sind,

- Einzelspektren mit benachbarten charakteristischen

Wellenlängen überlappen, und - jedes der verschiedenen Beleuchtungsspektren das Absorptionsspektrum überdeckt;

C) Bestimmung der Quanteneffizienz aus der Mehrzahl der

Fotoströme und den dazugehörigen gewichteten Überlagerungen.

Licht kann dabei hier und im Folgenden elektromagnetische Strahlung im ultravioletten bis infraroten

Wellenlängenbereich und insbesondere im Wellenlängenbereich, der durch das Absorptionsspektrum der optoelektronisch aktiven Schicht abgedeckt ist, bezeichnen.

Die charakteristische Wellenlänge kann dabei der

intensitätsstärksten Wellenlänge eines Einzelspektrums entsprechen. Alternativ dazu kann die charakteristische

Wellenlänge auch die mittlere Wellenlänge des

Spektralbereichs, den das jeweilige Einzelspektrum überdeckt, bezeichnen. Weiterhin kann die charakteristische Wellenlänge auch die über die einzelnen spektralen Intensitäten

gewichtete mittlere Wellenlänge eines Einzelspektrums

bezeichnen.

Die Solarzelle kann einen oder mehrere funktionelle

elektrische Bereiche aufweisen, die entlang einer oder beider Haupterstreckungsrichtungen der Solarzelle beziehungsweise der zumindest einen optoelektronisch aktiven Schicht

nebeneinander angeordnet und in Serie verschaltet sind, so dass die vom Licht zu bestrahlende Fläche durch die Flächen der funktionellen elektrischen Bereiche gebildet wird. Eine Solarzelle mit einer Mehrzahl von funktionellen elektrischen Bereichen kann auch Solarpaneel bezeichnet werden.

Beim hier beschriebenen Verfahren wird für jede Messung eines in der optoelektronisch aktiven Schicht erzeugten Fotostroms ein Beleuchtungsspektrum erzeugt, das eine Überlagerung einer Mehrzahl von Einzelspektren ist. Dadurch weist das auf die optoelektronisch aktive Schicht eingestrahlte Licht eine höhere Intensität auf, als dies bei im Stand der Technik üblichen Messmethoden möglich ist. Mit Vorteil kann sich somit die Messzeit einer jeder der Mehrzahl der Messungen sowie auch die Gesamtmesszeit, die beim vorliegenden

Verfahren nötig ist, um die Quanteneffizienz einer Solarzelle zu bestimmen, im Vergleich zu bekannten Messmethoden

erheblich reduzieren.

Insbesondere kann das Beleuchtungsspektrum durch eine

Beleuchtungseinrichtung mit einer Mehrzahl von

lichtemittierenden Dioden erzeugt werden. Dabei wird jedes der Einzelspektren durch jeweils eine oder jeweils eine

Gruppe gleichartiger lichtemittierender Dioden erzeugt. Eine lichtemittierende Diode (LED) hat dabei den Vorteil, dass die abgestrahlte Lichtintensität bei Beaufschlagung der LED mit einem Strom sehr schnell hinsichtlich der abgestrahlten

Lichtleistung sowie hinsichtlich der Betriebstemperatur stabil ist, und die LED somit in Abhängigkeit vom Strom und der Temperatur Einzelspektren mit hoher Reproduzierbarkeit emittiert . Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst eine

Beleuchtungseinrichtung zur Abstrahlung von Licht mit

verschiedenen Beleuchtungsspektren gemäß dem vorgenannten Verfahren insbesondere eine Mehrzahl von lichtemittierenden Dioden, wobei

- jede der Mehrzahl der lichtemittierenden Dioden Licht mit einem jeweiligen Einzelspektrum mit einer charakteristischen Wellenlänge abstrahlt, - die verschiedenen Beleuchtungsspektren verschieden

gewichtete Überlagerungen der Einzelspektren sind und

- Einzelspektren mit benachbarten charakteristischen

Wellenlängen überlappen.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst eine Vorrichtung zur Bestimmung der Quanteneffizienz einer Solarzelle gemäß dem vorgenannten Verfahren insbesondere

- eine vorgenannte Beleuchtungseinrichtung und

- eine elektronische Rechnereinheit zur Durchführung der Verfahrensschritte B und C.

Die elektronische Rechnereinheit kann dabei beispielsweise die den einzelnen LEDs aufgeprägten Ströme steuern und somit auch die voneinander verschiedenen Beleuchtungsspektren erzeugen. Die für jedes der Beleuchtungsspektren verwendeten Ströme und der dadurch jeweils erzeugte Fotostrom können in der Rechnereinheit hinterlegt werden und zur Durchführung des Verfahrensschritts C herangezogen werden.

Die nachfolgend beschriebenen Merkmale und Ausführungsformen beziehen sich gleichermaßen auf das Verfahren sowie auch auf die vorab beschriebene Beleuchtungseinrichtung und die

Vorrichtung .

Gemäß einer weiteren Ausführungsform werden im

Verfahrensschritt B die verschieden gewichteten

Überlagerungen der Einzelspektren durch verschiedene

Kombinationen von jeweils von Null verschiedenen Intensitäten der Einzelspektren gebildet. Das kann insbesondere bedeuten, dass für die verschiedenen Beleuchtungsspektren jeweils keines der Einzelspektren eine derart geringe Intensität aufweist, dass dieses Einzelspektrum nicht zum in der optoelektronisch aktiven Schicht erzeugten Fotostrom

beitragen kann. Dies hat zum Vorteil, dass jedes der

Beleuchtungsspektren ein kontinuierliches Spektrum im Bereich des durch die Einzelspektren bereitgestellten Gesamtspektrums aufweist. Somit weist auch keines der verschiedenen

Beleuchtungsspektren eine spektrale Komponente gleich Null auf, so dass jeweils alle spektralen Komponenten der

Beleuchtungsspektren zu den einzelnen Messungen beitragen. Dies kann die Bestimmung der Quanteneffizienz im

Verfahrensschritt C erleichtern und vereinfachen.

Weiterhin kann durch das Gesamtspektrum, das das

Absorptionsspektrum der aktiven Schichtenfolge überdeckt, sichergestellt werden, dass beispielsweise auch in

Tandemzellen oder anderen Mehrfachabsorbersystemen mit mehr als einer aktiven Schicht mit voneinander verschiedenen schichtspezifischen Absorptionsspektren alle der mehr als einen aktiven Schicht Licht absorbieren und daher

Ladungsträgerpaare erzeugen können, so dass auch alle der mehr als einen aktiven Schicht elektrisch leitend sind. Somit kann sichergestellt werden, dass bei jeder der Messung in Verfahrensschritt B ein Fotostrom beispielsweise auch ohne das oben beschriebene im Stand der Technik nötige Bias-Licht messbar ist.

Weiterhin kann im Verfahrensschritt B für die Bereitstellung jedes der verschiedenen Beleuchtungsspektren jedes der

Mehrzahl der Einzelspektren eine Intensität aufweisen, die aus einer jeweils festgelegten Gruppe mit einer Anzahl diskreter, von Null verschiedener Intensitäten ausgewählt ist. Werden die Einzelspektren beispielsweise durch LEDs erzeugt, so kann dies bedeuten, dass für jede LED eine Anzahl vorab festgelegter Stromstärken ausgewählt wird, die zu Einzelspektren mit einer entsprechenden Anzahl verschiedener Intensitäten führen. Zur Erzeugung eines

Beleuchtungsspektrums werden dann für jedes Einzelspektrum eine Stromstärke und damit die entsprechende Intensität aus der zugehörigen Gruppe ausgewählt. Zur Erzeugung eines davon verschiedenen Beleuchtungsspektrums wird eine andere

Kombination von Intensitäten aus den Gruppen der

Einzelspektren ausgewählt. Aufgrund der hohen Stabilität und Reproduzierbarkeit der

Einzelspektren und der Einzelspektrumsintensitäten einer LED in Abhängigkeit vom jeweils angelegten Strom können die stromabhängigen Einzelspektren und

Einzelspektrumsintensitäten vor der Durchführung des

Verfahrensschritts B gemessen und beispielsweise in der Rechnereinheit hinterlegt werden.

Jedem Beleuchtungsspektrum und damit auch jedem gemessenen Fotostrom wird dann im Laufe der Messungen im

Verfahrensschritt B ein entsprechendes Multiplett von LED- Strömen beziehungsweise Einzelspektren und

Einzelspektrumsintensitäten zugeordnet. Aus den in der

Mehrzahl der Messungen verwendeten Einzelspektren und den jeweils dabei erzeugten Fotoströmen ergibt sich im

Wesentlichen ein lösbares lineares oder nicht-lineares System, aus dem durch ein Schätz-, Berechnungs- oder

Annäherungsverfahren, beispielsweise durch ein lineares oder nicht-lineares Optimierungsverfahren, ein Spline- Interpolationsverfahren oder einen genetischen Algorithmus, die wellenlängenabhängige Quanteneffizienz der aktiven

Schichtenfolgen und damit der Solarzelle ermittelt werden kann. Dabei kann beispielsweise vom aufgrund der verwendeten Materialien bekannten theoretischen Absorptionsspektrum der optoelektronisch aktiven Schicht ausgehend die reale

wellenlängenabhängige Quanteneffizienz der Solarzelle

ermittelt werden. Weiterhin können im Verfahrensschritt B die verschieden gewichteten Überlagerungen zufällig gewählt werden. Das bedeutet, dass jedes Multiplett von Einzelspektren durch eine zufällige Auswahl aus den vorab gewählten Einzelspektren der festgelegten Gruppen gebildet wird. Das hat bei der

Durchführung des Verfahrens für mehrere Solarzellen den

Vorteil, dass die einzelnen Messungen voneinander unabhängig sind, so dass systematische Fehler, die bei einem immer gleichen Verfahrensablauf von Solarzelle zu Solarzelle auftreten möglicherweise können, vermieden werden können.

Durch die im Vergleich zum Stand der Technik höhere

Lichtintensität der verschiedenen Beleuchtungsspektren können in der aktiven Schichtenfolge mit der zumindest einen

optoelektronisch aktiven Schicht höhere Ströme erzeugt werden, so dass eine geringere Messzeit im Vergleich zum Stand der Technik möglich ist. Mit Vorteil kann beim hier beschriebenen Verfahren eine einzelne Messung des

Verfahrensschritts B eine Dauer von kleiner oder gleich zehn Millisekunden aufweisen. Dies kann insbesondere dann möglich sein, wenn die Einzelspektren durch LEDs erzeugt werden, die typischerweise nach einer oder wenigen Millisekunden nach dem Einschalten thermisch und hinsichtlich ihrer

AbStrahlungsleistung stabil sind. Weiterhin können im Verfahrensschritt B zumindest 100

Messungen durchgeführt werden. Je höher die Anzahl der

Messungen im Verfahrensschritt B ist, desto höher ist auch die Auflösung, mit der die Quanteneffizienz der Solarzelle bestimmt werden kann. Aufgrund der vorab genannten kurzen Messzeit für die einzelnen Messungen des Verfahrensschritts B kann die Gesamtmesszeit, die zur Durchführung des gesamten Verfahrensschritts B nötig ist, auch bei derart vielen

Messungen noch sehr gering sein. Besonders vorteilhaft kann es sein, wenn im Verfahrensschritt B beispielsweise 500 Messungen durchgeführt werden.

Durch die schnelle Messmethode des hier beschriebenen

Verfahrens können die Verfahrensschritte B und C bereits vor Fertigstellung der Solarzelle durchgeführt werden. Das kann insbesondere bedeuten, dass im Verfahrensschritt A zwar die aktive Schichtenfolge bereitgestellt wird, die Solarzelle jedoch noch nicht fertig gestellt ist und beispielsweise noch keine Verkapselung und kein Deckglas aufweist. Das hier beschriebene Verfahren kann somit innerhalb des

Herstellungsprozesses für die Solarzelle ohne nennenswerte Verzögerung des Herstellungsprozesses der Solarzelle

durchgeführt werden. Durch die kurze Gesamtmesszeit des hier beschriebenen Verfahrens kann dabei eine Degradation der aktiven Schichtenfolge während der Durchführung des

Verfahrens vermieden werden.

Neben der Anzahl der einzelnen Messungen im Verfahrensschritt B wird die im Verfahrensschritt B erreichbare Auflösung der Quanteneffizienz in Abhängigkeit von der Wellenlänge auch durch die Anzahl der Einzelspektren bestimmt. Von besonderem Vorteil ist es daher, wenn die verschiedenen

Beleuchtungsspektren verschieden gewichtete Überlagerungen von größer gleich fünf und kleiner gleich 20 und besonders bevorzugt etwa zehn Einzelspektren sind. Weiterhin wurde festgestellt, dass es für das hier beschriebene Verfahren von besonderem Vorteil ist, wenn Einzelspektren mit benachbarten charakteristischen Wellenlängen einen Überlapp von größer oder gleich fünf Prozent und kleiner oder gleich 20 Prozent und besonders bevorzugt von etwa zehn Prozent aufweisen. Ein Überlapp von beispielsweise etwa zehn Prozent bedeutet dabei, dass die spektralen Komponenten, die etwa zehn Prozent der Gesamtintensität eines Einzelspektrums ausmachen, im

Wellenlängenbereich eines benachbarten Einzelspektrums liegt. Dadurch dass die Einzelspektren mit jeweils benachbarten charakteristischen Wellenlängen überlappen, kann

sichergestellt werden, dass die verschiedenen

Beleuchtungsspektren im gesamten von diesen überdeckten

Wellenlängenbereich nur von Null verschiedene spektrale

Komponenten aufweisen. Dadurch kann bei jeder der einzelnen Messungen im Verfahrensschritt B jede spektrale Komponente der verschiedenen Beleuchtungsspektren zum jeweils gemessenen Fotostrom beitragen.

Bei einer Solarzelle, die eine Mehrzahl von funktionellen elektrischen Bereichen aufweist, die entlang der Fläche der Solarzelle beziehungsweise der zumindest einen

optoelektronisch aktiven Schicht nebeneinander angeordnet und miteinander verschaltet sind, kann der Fotostrom eines solchen funktionellen elektrischen Bereichs oder einer

Mehrzahl oder aller der funktionellen elektrischen Bereiche gleichzeitig gemessen werden. Durch eine Messung des

Fotostroms mittels der Verfahrensschritte B nacheinander in den einzelnen funktionellen aktiven Bereichen kann somit auch eine ortsaufgelöste Quanteneffizienz bestimmbar sein. Weiterhin kann das Licht mit den verschiedenen

Beleuchtungsspektren auf zumindest fünf Prozent der Fläche der optoelektronisch aktiven Schicht eingestrahlt werden. Die von der Beleuchtungseinrichtung beleuchtete Fläche der aktiven Schichtenfolge mit der zumindest einen

optoelektronisch aktiven Schicht kann dabei über einen zusammenhängenden Bereich, beispielsweise in Form eines Streifens mit der vollen Breite der optoelektronisch aktiven Schicht oder auch in Form verschiedener nicht

zusammenhängender Bereiche aufweisen.

Insbesondere kann die optoelektronisch aktive Schicht entlang zumindest einer Haupterstreckungsrichtung der

optoelektronisch aktiven Schicht eine Mehrzahl von

nebeneinander angeordneten und miteinander verschalteten funktionellen elektrischen Bereichen aufweisen und das Licht mit den verschiedenen Beleuchtungsspektren kann auf mehr als einen funktionellen elektrischen Bereich der optoelektronisch aktiven Schicht eingestrahlt werden. Ein vorgenannter beleuchteter Streifen kann beispielsweise in einer Dimension die volle Breite der optoelektronisch aktiven Schicht und in einer zweiten Dimension zumindest die Abmessung eines funktionellen elektrischen Bereichs und bevorzugt einer Mehrzahl, etwa 10, funktioneller elektrischer Bereiche überdecken .

Ein funktioneller elektrischer Bereich kann eine Abmessung von größer oder gleich 7 mm und kleiner oder gleich 20 mm und bevorzugt von etwa 10 mm aufweisen.

Weiterhin kann mindestens die Hälfte der optoelektronisch aktiven Schicht und besonders bevorzugt die gesamte Fläche der optoelektronisch aktiven Schicht mit dem Licht mit den verschiedenen Beleuchtungsspektren im Verfahrensschritt B beleuchtet werden. Dadurch kann mit Vorteil eine über die gesamte Fläche der aktiven Schichtenfolge gemittelte

Quanteneffizienz ermittelt werden. Insbesondere bei Solarzellen beziehungsweise Solarpaneelen mit einer Mehrzahl von nebeneinander angeordneten und in Serie verschalteten funktionellen elektrischen Bereichen ist es bei im Stand der Technik bekannten mittels

monochromatischem Licht nötig, den beleuchteten Bereich auch einen solchen funktionellen elektrischen Bereich

einzuschränken, da Streulicht, das in benachbarte

funktionelle elektrische Bereiche fallen kann, die Messung verfälschen würde. Beim hier beschriebenen Verfahren hingegen kann dieses Problem vermieden werden, da es möglich ist, einen größeren zusammenhängenden Bereich zu beleuchten. Der zusammenhängende beleuchtete Bereich kann insbesondere mehrere funktionelle elektrische Bereiche überdecken.

Durch das hier beschriebene Verfahren kann eine Vermessung der Quanteneffizienz der gesamten Solarzelle auch bei großflächigen Solarzellen mit Flächen von mehr als einem Quadratmeter und insbesondere auch von mehr als 5 m ²

ermöglicht werden. Dadurch ist innerhalb des

Fertigungsprozesses für die Solarzelle eine Kontrolle

hinsichtlich der gesamten aktiven Fläche möglich.

Um eine möglichst gleichmäßige Beleuchtung der

optoelektronisch aktiven Schicht zu erreichen, kann die

Beleuchtungseinrichtung weiterhin einen optischen Diffusor, beispielsweise eine Streuplatte, aufweisen, der der Mehrzahl der lichtemittierenden Dioden in Abstrahlrichtung

nachgeordnet ist.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausführungsformen und

Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden in Verbindung mit den Figuren 1 bis 4 beschriebenen Ausführungsformen .

Es zeigen:

Figur 1 eine schematische Darstellung einer Solarzelle, Figur 2 eine schematische Darstellung eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel,

Figur 3 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel und

Figur 4 eine schematische Darstellung von Einzelspektren gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel.

In den Ausführungsbeispielen und Figuren können gleiche oder gleich wirkende Bestandteile jeweils mit den gleichen

Bezugszeichen versehen sein. Die dargestellten Elemente und deren Größenverhältnisse untereinander sind grundsätzlich nicht als maßstabsgerecht anzusehen, vielmehr können einzelne Elemente, wie zum Beispiel Schichten, Bauteile, Bauelemente und Bereiche, zur besseren Darstellbarkeit und/oder zum besseren Verständnis übertrieben dick oder groß dimensioniert dargestellt sein.

In Figur 1 ist Beispiel für eine Solarzelle 11 gezeigt, deren Quanteneffizienz durch das hier beschriebene Verfahren bestimmt werden kann.

Die Solarzelle 11 weist ein Substrat 1 auf, auf dem zwischen zwei Elektroden 2, 6 eine optoelektronisch aktive

Schichtenfolge 3 mit zwei optoelektronisch aktiven Schichten 4, 5 aufgebracht ist. Die Elektroden 2, 6 und die

optoelektronisch aktive Schichtenfolge 3 bilden dabei die aktive Schichtenfolge 10 der Solarzelle 11. Über der aktiven Schichtenfolge 10 ist eine Deckschicht 7 zum Schutz der aktiven Schichtenfolge 10 aufgebracht. Das Substrat besteht aus Glas mit einer typischen Dicke von einem oder mehreren Millimetern, auf dem als Elektrode 2 ein transparentes leitfähiges Oxid, beispielsweise Zinnoxid, aufgebracht ist. Die optoelektronisch aktive Schichtenfolge 3 weist eine optoelektronisch aktive Schicht 4 aus amorphem Silizium und eine weitere optoelektronisch aktive Schicht 5 aus

mikrokristallinem Silizium auf. Die optoelektronisch aktiven Schichten 4, 5 bilden durch entsprechende Dotierungen eine Hintereinanderschaltung von zwei p-i-n-Übergängen, in denen jeweils Photonen unter Bildung von Elektron-Loch-Paaren absorbiert werden können. Durch diesen bekannten so genannten Tandemaufbau kann eine Verbreiterung des Absorptionsspektrums und damit eine Verbesserung der Quanteneffizienz der

Solarzelle 11 erreicht werden. Die Elektrode 6 auf der optoelektronisch aktiven Schichtenfolge 3 umfasst eine

Metallschichtenfolge. Die Deckschicht 7 weist eine

Kunststoffschicht auf der Elektrode 6 sowie darüber eine weitere Glasschicht, die wie das Substrat 1 ausgeführt sein kann, zur Verkapselung der Solarzelle 11 auf.

Im Betrieb der Solarzelle 11 fällt Licht, beispielsweise Sonnenlicht, von außen durch das Substrat 1 und die Elektrode 2 auf die optoelektronisch aktive Schichtenfolge 3 und kann in den optoelektronisch aktiven Schichten 4, 5 unter

Erzeugung eines Fotostroms absorbiert werden.

Weiterhin kann die Solarzelle eine Mehrzahl von entlang der Schichtenebene matrixartig nebeneinander angeordneten

funktionellen elektrischen Bereichen aufweisen (nicht

gezeigt) , die elektrisch miteinander verschaltet sind. Jeder der funktionellen elektrischen Bereiche kann Abmessung von größer oder gleich 7 mm und kleiner oder gleich 20 mm und besonders bevorzugt von etwa 10 mm aufweisen.

Eine derart ausgeführte Solarzelle kann beispielsweise eine Fläche von einem Meter auf einem Meter oder sogar eine Fläche von mehreren Quadratmetern, etwa 5,7 m ² , aufweisen.

Das im folgenden beschriebene Verfahren gemäß dem

Ausführungsbeispiel der Figur 2 kann an einzelnen

funktionellen elektrischen Bereichen oder an mehreren

funktionellen elektrischen Bereichen gleichzeitig erfolgen, so dass auch eine ortsaufgelöste Bestimmung der

Quanteneffizienz möglich ist. Alternativ oder zusätzlich kann die Solarzelle auch eine oder mehrere aktive Schichten basierend auf einem oder mehreren der folgenden Materialien aufweisen: Si-Ge-Legierung, CdTe, ternäre oder quaternäre Materialien auf Kupfer-Indium- Gallium-Sulfid-Basis (so genannte CIGS-Materialien)

insbesondere mit oder ohne Gallium.

Weiterhin kann die Solarzelle auch als Mehrfachabsorbersystem mit mehr als zwei aktiven Schichten ausgeführt sein.

Weiterhin kann die Solarzelle auch auf kristallinem Material basierend auf einem der vorgenannten Materialien basieren.

In Figur 2 ist ein Ausführungsbeispiel für ein Verfahren zur Bestimmung der Quanteneffizienz einer Solarzelle, etwa der vorab gezeigten Solarzelle 11, aber auch jeder anderen

Solarzelle, gezeigt. Dabei wird in einem ersten, mit dem

Bezugszeichen 101 gekennzeichneten Verfahrensschritt A eine aktive Schichtenfolge mit zumindest einer optoelektronisch aktiven Schicht bereitgestellt, die beispielsweise entsprechend der Schichtenfolge 3 der vorab beschriebenen Solarzelle 11 ausgeführt ist und die ein Absorptionsspektrum aufweist . In einem weiteren, mit dem Bezugszeichen 102 gekennzeichneten Verfahrensschritt B wird eine Mehrzahl von Messungen

durchgeführt, bei denen eine Mehrzahl von in der

optoelektronisch aktiven Schicht durch Licht mit voneinander verschiedenen Beleuchtungsspektren erzeugten Fotoströmen gemessen werden. Die verschiedenen Beleuchtungsspektren werden durch gewichtete Überlagerungen von jeweils einer Mehrzahl von Einzelspektren mit jeweils unterschiedlichen charakteristischen Wellenlängen gebildet, wobei

Einzelspektren mit benachbarten charakteristischen

Wellenlängen überlappen und die Beleuchtungsspektren jeweils das Absorptionsspektrum der zumindest einen optoelektronisch aktiven Schicht überdecken.

In einem weiteren, mit dem Bezugszeichen 103 gekennzeichneten Verfahrensschritt C wird die Quanteneffizienz aus der

Mehrzahl der gemessenen Fotoströme und den zugehörigen gewichteten Überlagerungen bestimmt.

Weitere Merkmale des Verfahrens werden im Folgenden

erläutert, insbesondere in Zusammenhang mit der Vorrichtung 100 gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figur 3.

Die Quanteneffizienz einer Solarzelle, beispielsweise der Solarzelle 11 der Figur 1, kann nach dem vorab beschriebenen Verfahren während des Herstellungsverfahrens der Solarzelle, insbesondere bereits nach dem Aufbringen der aktiven

Schichtenfolge 10 auf dem Substrat 1 und vor Aufbringen der Deckschicht 7, mittels der Vorrichtung 100 gemäß Figur 3 ermittelt werden. Die Vorrichtung 100 kann dabei unmittelbar in der Produktionsstraße zur Herstellung der Solarzelle 11 angeordnet sein. In Figur 2 ist daher rein schematisch eine noch nicht fertig gestellte Solarzelle in Form der aktiven Schichtenfolge 10 auf dem Substrat 1 gezeigt, die in dem in Figur 2 mit dem Bezugszeichen 101 gekennzeichneten

Verfahrensschritt A bereitgestellt wird.

Die im Ausführungsbeispiel der Figur 3 gezeigt Vorrichtung 100 umfasst eine Beleuchtungseinrichtung 20, die eine

Mehrzahl von lichtemittierenden Dioden (LEDs) 21 aufweist, von denen in Figur 3 der Übersichtlichkeit halber nur einige mit Bezugszeichen versehen sind. Jede der LEDs 21 erzeugt Licht mit einem Einzelspektrum, das eine charakteristische Wellenlänge aufweist, wobei die jeweiligen charakteristischen Wellenlängen verschieden voneinander sind und Einzelspektren mit benachbarten charakteristischen Wellenlängen überlappen.

Zur besseren Verständlichkeit sind in Figur 4 rein

exemplarisch angedeutete Einzelspektren in einem Graphen gezeigt, von denen der Übersichtlichkeit halber nur die

Einzelspektren 50 und 60 mit Bezugszeichen versehen sind. Der Graph weist als horizontale Achse die Wellenlänge und als vertikale Achse die Intensität in jeweils beliebigen

Einheiten auf. Das Einzelspektrum 50 weist eine

charakteristische Wellenlänge 51 auf, während das

Einzelspektrum 60 eine charakteristische Wellelänge 61 aufweist. Die charakteristischen Wellenlängen 51, 61 sind voneinander verschieden. Die weiteren, von diesen und

untereinander ebenfalls jeweils verschiedenen

charakteristische Wellenlängen der anderen Einzelspektren sind mittels der gestrichelten Linien angedeutet. Jede der LEDs 21 der Beleuchtungseinrichtung 20 erzeugt dabei eines der Einzelspektren. Alternativ dazu können auch jeweils mehrere LEDs 21 in einer Gruppe zusammengefasst sein, wobei alle LEDs einer Gruppe jeweils dasselbe Einzelspektrum erzeugen. Dadurch kann die Intensität der Einzelspektren erhöht werden. Durch die gleichzeitige Abstrahlung von Licht durch alle LEDs 21 der Beleuchtungseinrichtung 20 kann die Beleuchtungseinrichtung 20 ein Beleuchtungsspektrum

abstrahlen, das der Überlagerung der Mehrzahl der

Einzelspektren entspricht.

Die Anzahl der Einzelspektren sowie deren jeweilige spektrale Breite und Wellenlängenbereich können dabei an die gewünschte Messauflösung der Vorrichtung 100 angepasst sein. Je größer die Anzahl der Einzelspektren und je schmaler jedes der

Einzelspektren jeweils ist, desto mehr Möglichkeiten gibt es, im Verfahrensschritt B die voneinander verschiedenen

Beleuchtungsspektren zu erzeugen und desto höher ist die Auflösung, die bei der Bestimmung der Quanteneffizienz erreicht werden kann. Mit einer größeren Anzahl von

Einzelspektren steigt jedoch auch der Aufwand bei der

Bestimmung der Quanteneffizienz. Als vorteilhaft hat sich daher eine Anzahl von größer oder gleich 5 und kleiner oder gleich 20 Einzelspektren erwiesen, wobei eine Anzahl von 10 Einzelspektren besonders vorteilhaft ist. Im gezeigten

Ausführungsbeispiel weist die Beleuchtungseinrichtung 20 daher 10 LEDs 21 auf.

Die spektrale Breite und der jeweilige Wellenlängenbereich von Einzelspektren mit benachbarten charakteristischen

Wellenlängen, wie etwa die Einzelspektren 50, 60, ist derart gewählt, dass diese überlappen. Der Überlapp 70 bezeichnet dabei den Wellenlängenbereich, der in benachbarten Einzelspektren 50, 60 enthalten ist. Je größer der Überlapp 70 ist, desto ähnlicher ist aber der Beitrag zweier

benachbarter Einzelspektren zum gemessenen Fotostrom. Je kleiner der Überlapp 70 ist, desto größer ist wiederum die Gefahr, dass ein Beleuchtungsspektrum spektrale Komponenten aufweist, die keinen oder kaum einen Beitrag zum Fotostrom liefern und damit die Bestimmung der Quanteneffizienz in diesem Wellenlängenbereich erschweren. Als vorteilhaft hat sich daher ein Überlapp von größer oder gleich 5% und kleiner oder gleich 20% erwiesen, wobei ein Überlapp von 10%

besonders vorteilhaft ist. Dadurch wird gleichzeitig eine gleichmäßige Verteilung der Einzelspektren über den gesamten Wellenlängenbereich der Beleuchtungsspektren erreicht. Durch eine unterschiedliche Ansteuerung der jeweiligen LEDs 21, beispielsweise durch eine jeweils unterschiedliche

Stromaufprägung, werden die Einzelspektren mit

unterschiedlichen Intensitäten erzeugt, so dass verschiedene Beleuchtungsspektren von der Beleuchtungseinrichtung 20 abgestrahlt werden können, die verschieden gewichteten

Überlagerungen der Mehrzahl der Einzelspektren entsprechen. Die Ansteuerung der LEDs der Beleuchtungseinrichtung 20 erfolgt dabei mittels der elektronischen Rechnereinheit 30 der Vorrichtung 100, in der für jede der LEDs eine Gruppe mit einer Anzahl diskreter, von Null verschiedener Stromstärken hinterlegt ist. Somit kann die Beleuchtungseinrichtung 20 jedes der Einzelspektren mit verschiedenen, vorab

ausgewählten Intensitäten abstrahlen, so dass durch

verschiedene Kombinationen die verschieden gewichteten

Überlagerungen zur Erzeugung verschiedener

Beleuchtungsspektren ermöglicht werden. Im gezeigten

Ausführungsbeispiel wählt die elektronische Rechnereinheit 30 zufällige Kombinationen der einzelnen Intensitäten der Einzelspektren aus, so dass die Beleuchtungseinrichtung 20 eine Mehrzahl voneinander verschiedener, zufällig gewählter Beleuchtungsspektren abstrahlen kann. Um eine möglichst über die gesamte aktive Schichtenfolge 10 gemittelte Quanteneffizienz bestimmen zu können, beleuchtet die Beleuchtungseinrichtung 20 zumindest 10% der aktiven Fläche der aktiven Schichtenfolge 10 und bevorzugt einen Bereich, der sich über die gesamte Breite oder über mehrere Teilbereiche der aktiven Fläche erstreckt. Besonders

bevorzugt beleuchtet die Beleuchtungseinrichtung 20 die gesamte aktive Fläche der aktiven Schichtenfolge 10. Um eine möglichst gleichmäßige Ausleuchtung der aktiven Fläche der aktiven Schichtenfolge 10 zu erreichen, kann die

Beleuchtungseinrichtung 20 einen optischen Diffusor,

beispielsweise eine Streuplatte, aufweisen (nicht gezeigt) , den LEDs in Abstrahlrichtung nachgeordnet ist.

Der durch das Licht mit einem Beleuchtungsspektrum erzeugte Fotostrom in der aktiven Schichtenfolge 10 wird durch die Messeinrichtung 40 gemessen und an die elektronische

Rechnereinheit 30 weitergegeben. Die Messeinheit 40 kann auch in der elektronischen Rechnereinheit 30 integriert sein. Die elektronische Rechnereinheit ist weiterhin derart ausgebildet, dass zu den vorab festgelegten Stromstärken die jeweils von den LEDs 21 erzeugten Einzelspektren hinterlegt sind und ein gemessener Fotostrom mit den zugehörigen

Einzelspektren und ihren Intensitäten, also der zugehörigen gewichteten Überlagerung, gespeichert werden.

Aufgrund der Überlagerung der Einzelspektren ist die

Intensität der Beleuchtungsspektren groß genug, um die erzeugten Fotoströme jeweils in einer Messzeit vom kleiner oder gleich 10 ms pro Messung zu messen. Dadurch kann im gezeigten Ausführungsbeispiel eine große Anzahl von Messungen durchgeführt werden. Je größer die Anzahl der Messungen dabei ist, desto größer ist die Auflösung, die bei der Bestimmung der Quanteneffizienz erreicht werden kann. Als vorteilhaft hat sich eine Anzahl von größer oder gleich 100 und kleiner oder gleich 10000 Messungen erwiesen. Besonders vorteilhaft ist eine Anzahl von 500 Messungen.

Aus den in der Mehrzahl der Messungen verwendeten und in der Rechnereinheit 30 hinterlegten Einzelspektren und deren

Überlagerungen und den jeweils dabei erzeugten Fotoströmen wird mithilfe der Rechnereinheit 30 in einem Schätz-,

Berechnungs- oder Annäherungsverfahren, beispielsweise durch ein lineares oder ein nicht-lineares Optimierungsverfahren, ein Spline-Interpolationsverfahren oder einen genetischen Algorithmus, die wellenlängenabhängige Quanteneffizienz der aktiven Schichtenfolge 10 und damit der Solarzelle ermittelt, wobei von der theoretischen Absorptionskurve für die in der aktiven Schichtenfolge 10 verwendeten Materialien und

Schichten ausgegangen wird und diese durch eines der

vorgenannten Verfahren an die reale Quanteneffizienzkurve angepasst wird.

Alternativ oder zusätzlich zu den in Verbindung mit den

Figuren 1 bis 4 beschriebenen Merkmalen können die gezeigten Ausführungsbeispiele weitere, alternative oder zusätzliche Merkmale wie im allgemeinen Teil beschrieben aufweisen.

Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen i den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den

Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.

Bezugs zeichenliste

1 Substrat

2 Elektrode

3 optoelektronisch aktive Schichtenfolge

4 optoelektronisch aktive Schicht

5 optoelektronisch aktive Schicht

6 Elektrode

7 Deckschicht

10 aktive Schichtenfolge

11 Solarzelle (11)

20 Beieuchtungseinrichtung

21 LED

30 elektronische Rechnereinheit

40 Messeinheit

50 EinzelSpektrum

51 charakteristische Wellenlänge

60 EinzelSpektrum

61 charakteristische Wellenlänge

70 Überlapp

100 Vorrichtung

101 Verfahrensschritt

102 Verfahrensschritt

103 Verfahrensschritt