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A tandem cell reaches the tester, and in 7 ms to 12 ms the machine can reveal how much current comes from each of its two subcells. Researchers at Germany’s Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems, led by Christoph Messmer, demonstrated the electrical method first on a small in-house cell and then on a full-size industrial device.
Une cellule tandem arrive sur le testeur et, en 7 ms à 12 ms, la machine peut révéler la part du courant provenant de chacune de ses deux sous-cellules. Des chercheurs de l’Institut Fraunhofer pour les systèmes d’énergie solaire en Allemagne, dirigés par Christoph Messmer, ont d’abord démontré cette méthode électrique sur une petite cellule développée en interne, puis sur un dispositif industriel de pleine taille.
The problem is production speed. Conventional tools such as spectral-response and spectrometric analysis can separate the perovskite top cell’s current from the silicon bottom cell’s, but they take more than an hour and require complex optical setups. Fraunhofer ISE’s approach uses the standard current-voltage test already performed on every cell, with a firmware-level change rather than new hardware, light sources or spectral filters.
Le problème est la vitesse de production. Les outils conventionnels, comme l’analyse de la réponse spectrale et l’analyse spectrométrique, peuvent séparer le courant de la cellule supérieure en pérovskite de celui de la cellule inférieure en silicium, mais ils prennent plus d’une heure et nécessitent des dispositifs optiques complexes. L’approche de Fraunhofer ISE utilise le test courant-tension standard déjà réalisé sur chaque cellule, avec une modification au niveau du firmware plutôt qu’un nouveau matériel, de nouvelles sources lumineuses ou des filtres spectraux.
The trick is inside the silicon cell. A brief forward bias, ideally close to open-circuit voltage, charges its capacitive reservoir. When the tester rapidly switches to a lower voltage, that stored charge briefly discharges and prevents silicon from limiting the tandem current. The first current plateau therefore corresponds to the perovskite subcell; once the reservoir is depleted, the current falls to the silicon-limited level.
L’astuce se trouve dans la cellule de silicium. Une brève polarisation directe, idéalement proche de la tension en circuit ouvert, charge son réservoir capacitif. Lorsque le testeur commute rapidement vers une tension plus faible, cette charge stockée se décharge brièvement et empêche le silicium de limiter le courant du tandem. Le premier plateau de courant correspond donc à la sous-cellule en pérovskite ; une fois le réservoir épuisé, le courant retombe au niveau limité par le silicium.
On the industrial device, the two plateaus closely matched results from conventional spectrometric characterization. Repeated scans were also highly reproducible, with a relative standard deviation below 0.1%, and the researchers said they detected no measurable device degradation from the fast measurements.
Sur le dispositif industriel, les deux plateaux correspondaient étroitement aux résultats de la caractérisation spectrométrique conventionnelle. Les balayages répétés se sont également révélés très reproductibles, avec un écart-type relatif inférieur à 0,1 %, et les chercheurs ont indiqué n’avoir détecté aucune dégradation mesurable du dispositif due aux mesures rapides.
So what changes in practice? Manufacturers could make 100% inline subcell-current sampling feasible, using statistical process-control charts to catch drift in perovskite thickness, composition or morphology, as well as optical-stack variations, before those changes spread into yield loss. The method works only when silicon is the current-limiting subcell; if perovskite limits the tandem first, the silicon current remains hidden. Fraunhofer ISE says the principle could also apply to III–V-silicon tandems and triple-junction devices.
Qu’est-ce que cela change en pratique ? Les fabricants pourraient rendre possible un échantillonnage en ligne à 100 % du courant des sous-cellules, en utilisant des graphiques de contrôle statistique des procédés pour détecter les dérives d’épaisseur, de composition ou de morphologie de la pérovskite, ainsi que les variations de l’empilement optique, avant qu’elles ne se traduisent par une baisse du rendement. La méthode ne fonctionne que lorsque le silicium est la sous-cellule limitant le courant ; si la pérovskite limite la première le tandem, le courant du silicium reste indétectable. Fraunhofer ISE indique que ce principe pourrait également s’appliquer aux tandems III–V-silicium et aux dispositifs à triple jonction.