Доработанная бытовая камера по свечению измерила напряжение холостого хода кремниевых модулей

Группа из Штутгартского университета, Исследовательского центра Юлих и компании Solarzentrum Stuttgart с помощью доработанной недорогой цифровой потребительской камеры измерила внешнюю электролюминесцентную квантовую эффективность кремниевых солнечных модулей и по ней определила их напряжение холостого хода. Работа опубликована в Journal of Applied Physics aip.orgJournal of Applied Physicsaip.orgОткрыть источник ↗. Исследованные модули охватывают более 45 лет развития технологии.

Калибровка камеры

Солнечный элемент под током светится как светодиод, а кремниевые элементы излучают в инфракрасном диапазоне. Внешняя электролюминесцентная квантовая эффективность и напряжение холостого хода напрямую связаны, поэтому откалиброванная камера позволяет количественно определить напряжение. По пересказу работы, рост эффективности в десять раз соответствует примерно 60 мВ напряжения.

Использовалась камера Canon EOS 4000D. Авторы удалили перед матрицей плёнку, поглощающую инфракрасный свет, и поставили длиннопроходной фильтр, отсекающий видимый свет. Все снимки сделаны в темноте, пока источник тока пропускал через модуль известный ток.

Модель калибровки разделяет линейный и нелинейный режимы датчика aip.orgJournal of Applied Physicsaip.orgОткрыть источник ↗. У этой камеры отклик линеен ниже значения пикселя 400, а выше изгибается к пределу; у одного из модулей предел составил 1177. Можно использовать оба участка, причём насыщенный даёт вторую оценку той же величины. Абсолютная шкала привязана к опорному элементу с известной эффективностью 1,6 % при 738 мВ. По утверждению авторов, модель применима и к измерениям фотолюминесценции.

Результаты и ограничения

В исследовании напряжение холостого хода составляет от примерно 560 мВ для раннего модуля 1978 года с эффективностью около 6 % до 690 мВ для современного промышленного модуля с эффективностью около 21 %. Соответствующая квантовая эффективность лежит в диапазоне от 0,0007 % до 0,2 %. Измерено восемь модулей. Показания следовали правилу 60 мВ, кроме четырёх модулей с мультикристаллическими элементами; они согласовались лишь после учёта более слабого захвата света в таких элементах.

Слабые места называют сами авторы. Яркость усреднялась по рамке, вручную проведённой вокруг каждого элемента, и захватывала тёмные промежутки между элементами, что добавляло разброс; автоматическая версия ещё не написана. Все измерения выполнены в темноте, на кремниевых модулях с известными характеристиками, а вся шкала зависит от одного опорного элемента. С промышленной камерой сравнение не проводилось.

По словам Юргена Вернера, следующий шаг — применить откалиброванную камеру к другим, ранее не охарактеризованным элементам и модулям. Он добавил, что та же модель должна работать для панели, возбуждаемой светом, а не током, и, возможно, вне помещения.