Validierung von Methoden für den Zuverlässigkeitsnachweis von Konzentratorsolarzellen
Fabian Eltermann
Mehrfachsolarzellen versorgen seit Jahrzehnten Satelliten. Bei diesem Solarzellentyp werden verschiedene Halbleiter aus III-V-Materialien, z. B. auch in Kombination mit Germanium, monolithisch übereinander gewachsen. Einen neuen, spannenden Anwendungsbereich bietet die Konzentrator-Photovoltaik (CPV). Das teure Halbleitermaterial wird hier durch günstige Linsen minimiert. Rekordwirkungsgrade von Konzentratorsolarzellen liegen heutzutage bei >46 Prozent.
Die besonderen Belastungen in der CPV sowie die rasanten Entwicklungen bei den Konzentratorsolarzellen machen Aussagen über die Zuverlässigkeit schwierig. Dieses Buch beschäftigt sich daher im Kern mit Methoden das Alterungsverhalten von Konzentratorsolarzellen zu bestimmen. Eine Schlüsselfrage ist, inwieweit Laborergebnisse über Lebensdauermodelle auf den realen Betrieb übertragen werden können. Als Basis dazu dienen GaInP/GaInAs/Ge Solarzellen. Diese wurden sowohl gitterangepasst als auch gitterfehlangepasst (metamorph) gefertigt. Die metamorphe Pufferstruktur stellt ein Kernelement für neue Technologien dar. Im Detail wurde untersucht, inwieweit dieses Verbindungskonzept eine potenzielle Schwachstelle darstellt.
Die Prüfgruppen sind im Labor sowie im Feld intensiv getestet worden. Es hat sich herausgestellt, dass Betriebszeiträume von deutlich mehr als 30 Jahren keine Herausforderung darstellen, wenn die Solarzellen richtig im CPV-Modul integriert sind. Aus den Ergebnissen wurden konkrete Optimierungen für die Prüfmethodik (inkl. der komplexen Charakterisierung) abgeleitet, um die Aussagen in Zukunft präzisieren zu können.
Das Buch ist somit ein Leitfaden für Alterungsexperimente an Konzentrator- und Mehrfachsolarzellen, der auch gut für Mikrosysteme mit optisch-elektrischen Bauelementen dienen kann.
