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Sonnensimulator
Aufgabe des Sonnensimulators ist es, für den Laborbetrieb eine Lichtquelle bereitzustellen, die in ihrer Strahlcharakteristik der wahren Sonne möglichst nahe kommt. Damit wird die Möglichkeit geschaffen, im Labor Solarzellen und Module zu vermessen und Aussagen über das Verhalten der Bauteile im realen Betrieb zu machen, z.B. über den Wirkungsgrad, d.h. den Anteil des Sonnenlichtes, der in elektrische Energie umgewandelt wird.
Die wahre Sonne hat gegenüber dem Sonnensimulator nicht nur den Nachteil, dass sie vor allem in unseren Breiten nicht zuverlässig scheint, sondern die Strahlung ändert sich auch ständig, sowohl über den Tag hinweg, als auch über das Jahr. Diese Änderung betrifft sowohl die Intensität, als auch die spektrale Zusammensetzung (z.B. morgens und abends höhere Rotanteile als mittags).
Zum Vergleich von Solarzellen und Modulen, die an den verschiedensten Stellen auf der Welt hergestellt und vermessen werden, bedient man sich daher genormter Spektren. Für Solarzellen, die im Weltraum z.B. bei Satelliten zur Anwendung kommen, ist das Spektrum AM0 (= air mass 0) gebräuchlich, das im Weltraum ohne Absorption durch eine Atmosphäre herrscht. Bei senkrechter Sonneneinstrahlung auf der Erdoberfläche werden bestimmte Teile des Sonnenspektrums durch die Atmosphäre herausgefiltert, man spricht vom AM1 (= air mass 1) Spektrum. Für unsere mittleren Breiten wird häufig das Spektrum AM1.5 verwendet, bei dem das Sonnelicht unter einem Einfallswinkel von etwa 42° auf die Erdoberfläche fällt und dabei die 1.5 fache Atmosphärenmasse durchstrahlt gegenüber dem senkrechten Einfall bei AM1.
Alle diese Spektren sind durch Sonnensimulatoren im Labor nur bedingt nachzubilden. Je besser die Übereinstimmung sein soll, desto größer der Aufwand. In der Praxis kann man auch mit einem angenäherten Spektrum gute Übereinstimmung der Messergebnisse mit denen der "echten" Sonne erreichen. Dazu muss vor allem sichergestellt werden, dass die Gesamtintensität in dem Bereich des Spektrums, das die betreffende Solarzelle nutzt, für beide Spektren (das wahre Sonnenspektrum und das simulierte) identisch ist. Außerdem sollte die zu messende Solarzelle im genutzten Spektralbereich ähnliche Quanteneffizienzen haben.
Der Sonnensimulator ist das "Arbeitspferd" der Charakterisierung von Solarzellen, fast jede fertig gestellte Solarzelle wird als erstes dort vermessen. Dabei wird eine Strom-Spannungs-Kennlinie aufgenommen, aus der sich die elektrischen Grundparameter jeder Solarzelle bestimmen lassen: Wirkungsgrad η, Leerlaufspannung Voc, Kurzschlussstrom Isc sowie der Füllfaktor FF. Weiterhin können aus den Kennlinien der Serienwiderstand Rs, der Parallelwiderstand Rp sowie der Diodenfaktor n (auch A benannt) ermittelt werden.
Die größte Schwierigkeit bei Messungen am Sonnesimulator stellt die exakte Einstellung der korrekten Beleuchtungsstärke dar. Fehlerhafte Einstellungen der Beleuchtungsstärke haben vor allem fehlerhaft ermittelte Kurzschlussströme und Wirkungsgrade zu Folge.
Strom-Spannungskennlinie von 2 unterschiedlichen Chalkopyrit-Solarzellen, gemessen am Solarsimulator
