Light Beam Induced Current

Die LBIC-Anlage

Zur topographischen Untersuchung einer Solarzelle wird oft das LBIC-Verfahren eingesetzt. LBIC steht für light beam induced current (durch einen Lichtstrahl erzeugter Strom). Das LBIC-Topogramm zeigt, welchen Strombeitrag jeder Punkt der Solarzelle liefert. Des weiteren wird die Anlage zur topographischen Messung des Reflexionsfaktors eingesetzt.

 

Funktionsprinzip der LBIC-Messung

Die Solarzelle wird zeilenweise mit einem Lichtpunkt abgetastet und gleichzeitig der von der Zelle erzeugte Kurzschlussstrom gemessen.

Abb. 1: Prinzip der LBIC-MessungAbb. 2: LBIC-Topogramm einer multikristallinen Solarzelle
Abb. 1: Prinzip der LBIC-MessungAbb. 2: LBIC-Topogramm einer multikristallinen Solarzelle

Das Ergebnis ist ein Topogramm, bei dem an jedem Beleuchtungsort der gemessene Kurzschlussstrom aufgetragen wird. So wird sichtbar, welche Teile der Solarzelle hohe Ströme erzeugen können und in welchen Bereichen aufgrund von Ladungsträgerrekombinationen an Defekten weniger Ladungsträger nach außen gelangen.

 

Reflexionskorrektur

Entlang der Oberfläche einer antireflexbeschichteten multikristallinen Solarzelle variiert der Reflexionsfaktor im Bereich von R = 5 % bis R = 15 %. Das absorbierte Licht ist proportional zu (1 - R) und schwankt damit von Korn zu Korn um etwa 10 %. Dieser Einfluss der Oberfläche muss für die Untersuchung von Volumendefekten eliminiert werden.

Beim Abtasten der Solarzelle mit dem Lichtpunkt wird neben dem reinen LBIC-Signal gleichzeitig auch der Reflexionsfaktor gemessen. Im Bereich von Lichtleistungen einiger µW, wie sie hier verwendet werden, ist der gemessene Kurzschlussstrom proportional zur Lichtleistung, die von der Zelle absorbiert wird:

Formel 1

Die Größe x steht hier für den zweidimensionalen Ortsvektor in der Solarzellenoberfläche, und k(x) ist die Proportionalitätskonstante, welche die Volumeneigenschaften der Solarzelle enthält. Bei gleichzeitiger Messung von Isc(x) und R(x) kann der korrigierte Kurzschlussstrom Isc,korr(x) errechnet werden, den man bei vollständiger Absorption messen würde:

Formel 2

Zur Messung des von der Solarzelle anisotrop reflektierten Lichtes wurde für die Anlage ein spezieller Detektor entwickelt, der das Licht gleichmäßig fast im gesamten Halbraum erfasst.

Abb. 3: Reflexionskorrektur

Abb. 3: Reflexionskorrektur

Die großen Unterschiede der gemessenen Kurzschlussströme im unkorrigierten LBIC-Bild sind zum großen Teil durch die inhomogene Rauigkeit des Siliciumwafers bedingt. Nach der Reflexionskorrektur sind diese Einflüsse der Oberfläche stark reduziert.

 

Technische Daten

Lichtquelle:Laserdiode
Beleuchtungswellenlänge:830 nm
Maximale Lichtleistung:1,8 mW
Normalerweise genutzte Lichtleistung:100 nW bis 50 µW
Minimale Halbwertsbreite des Lichtspots:ca. 12 µm (Spot ist etwas oval, 6 µm in einer Richtung)
minimale Schrittweite:25 µm (6 µm bei kleinen Positionierfehlern)
Signal Rausch Verhältnis:ca. 200 (einstellbar durch die Messzeit)
Typische Dauer einer Messung:ca. 2,5 Stunden
Proben:alle Arten von Solarzellen
Maximal abtastbarer Bereich:15,3 cm x 29 cm

 

Publikation

M. Rinio, H. J. Möller, M. Werner
LlBIC investigations of the lifetime degradation by extended defects in multicrystalline solar silicon
Solid State Phenomena (Diffusion and Defect Data / B) 63-64 (1999) 115