GAMRY DYE SOLAR CELL TESTING KIT – AUFBAU ZUR CHARAKTERISIERUNG VON ...

Der Aufbau zur Charakterisierung von Farbstoff-Solarzellen besteht aus einer miniaturisierten optischen Bank zur Unterbringung der LED ausgewählter Wellenlänge, einem Kollimator–Kit), einer universellen Befestigung für Farbstoffsolarzellen und einer Dummy Zelle (Photodiode) zur Bestimmung der optischen Leistung der verwendeten LED in Abhängigkeit der verwendeten Stromstärke. Dafür zeichnet man unter galvanostatischer Anregung der LED den Maximalstrom (ISC) der Photodiode beim Kurzschlusspotential (ESC = 0) auf. Damit erhält man für jede einstellbare Stromstärke (max. 1000 mA) die optische Leistung der LED am stellvertretenden Fokuspunkt der Farbstoffsolarzelle, was für die spätere Berechnung der Effizienz der Farbstoffsolarzelle wichtig ist. Eine Farbstoffsolarzelle produziert Strom, wenn man sie mit Licht bestrahlt. 

Je nach Intensität des eingestrahlten Lichtes hängt es außerdem noch stark davon ab, bei welchem Zellpotential der Strom produziert wird. Daher werden Potentialkurven zwischen Ausgangs- (Kurzschlusspotential) und Endpotential (Leerlaufpotential) des Halbleiters aufgenommen und der resultierende Strom gemessen. Nach jeder Messung ausreichender Reproduzierbarkeit wird die eingestrahlte Lichtintensität bis zur maximalen optischen Leistung der LED schrittweise erhöht. Als Ergebnis erhält man aus diesen Kurven in Abhängigkeit von der eingestrahlten Lichtintensität Informationen über die maximal verfügbare Stromabgabe einer Solarzelle (Kurzschlusspotential), die maximale Betriebsspannung der Solarzelle (Leerlaufpotential), die maximal verfügbare Leistungsabgabe, den Füllfaktor als Quotient aus der maximal verfügbaren Leistungsabgabe ggü. der theoretischen Leistungsabgabe und über die Effizienz der Solarzelle. 

Mit dem Aufbau zur Charakterisierung von Farbstoff-Solarzellen kann bei Bestrahlung mit konstanter Lichtintensität die Farbstoffsolarzelle durch die Kontrolle des Potentials in einem Arbeitsbereich gemäß der vorherigen Strom-Spannungskurve mit einem überlagerten und modulierten AC-Signal impedanzspektrometrisch aufgeklärt werden. Das erhaltene Impedanzspektrum kann durch Ersatzschaltbilder (Transmission Lines „Unified) die porösen Grenzflächenstrukturen mit dem darin enthaltenen Farbstoff anpassen und liefert Informationen über Leistungsverluste durch limitierende Diffusionsvorgänge. Abschließend wird die Verwendungsmöglichkeit des Aufbau zur Charakterisierung von Farbstoff-Solarzellen durch die beiden intensitätsmodulierten Methoden IMPS (Lichtintensitätsmodulation beim Kurzschlusspotential) und IMVS (Lichtintensitätsmodulation beim Leerlaufpotential) abgerundet. 

An dieser Stelle wird das modulierte AC-Signal nicht dem Potential des Arbeitsbereiches überlagert, sondern die Farbstoffsolarzelle zum Kurzschlusspotential (IMPS) oder Leerlaufpotential (IMVS) gefahren, die Lichtquelle mit einem konstanten DC-Signal versorgt und mit einem modulierten AC-Signal überlagert. Die resultierende Stromantwort dieser modulierten Lichtintensität wird in der Stromantwort der Farbstoffsolarzellen bei dem jeweilig untersuchten Potential gemessen. Auf diese Weise können Zeitkonstanten zur Aufklärung verschiedenster Prozesse wie z.B. Aufsammeln der Ladungen, Diffusion und Lebensdauer bzw. Rekombinationsraten der Elektronen in der Farbstoffsolarzelle bestimmt werden.