Hallo Matthias,
offensichtlich hat noch keiner der Experten hier praktische Erfahrung mit der Methode gesammelt. Auch ich habe die Analysemethode noch nicht im praktischen Einsatz gesehen, aber vielleicht kann ich ein bisschen zum Hintergrund der Technik beitragen.
Wie du ganz richtig erwähnt hast und wie der Name auch vermuten lässt, hat Polymerfluoreszenz von der Methodik rein gar nichts mit Elektrolumineszenz zu tun, außer das als Resultat in beiden Fällen etwas „leuchtet“. Während die Elektrolumineszenzmessung Aussagen über die Zustand und Qualität der Zellen zulässt, wird bei der Polymerfluoreszens die Alterung und der Abbau des Einbettungsmaterials untersucht.
Fluoreszenz kennt man vielleicht noch aus Jugendtagen in der Disko. Wenn dort eine UV-Lichtquelle – auch Schwarzlicht genannt - installiert ist, kann dieses Phänomen beobachtet werden. Das für das menschliche Auge unsichtbare UV-Licht ist in der Lage, einige Moleküle der Kleidung – z.B. beim weißen T-Shirt - in einen energetisch angeregten elektronischen Zustand anzuheben. Einen Teil der Energie gibt das Molekül an seine Nachbarmoleküle ab und ein Teil wird beim Rückfall in den energetischen Grundzustand als Strahlung (Licht) emittiert. Da schon ein Teil der Schwingungsenergie des angeregten Zustandes des Moleküls an die Nachbarmoleküle abgegeben wurde, ist die Frequenz des emittierten Lichtes geringer, als die des absorbierten UV-Lichtes. Das führt bei dem Beispiel mit der Disko also dazu, dass ein T-Shirt im unsichtbaren UV-Bereich des Lichtes Energie absorbiert und im sichtbaren Bereich mit niedriger Frequenz Licht ausstrahlt, wodurch der Effekt zustande kommt, dass das T-Shirt vermeintlich im Dunkeln leuchtet.
Aber zurück zur Photovoltaik! Das polymere Einbettungsmaterial, dass die Solarzellen vor äußeren Einflüssen schützen soll, unterliegt einer langsamen Alterung durch UV-Strahlung und auch Luftsauerstoff und Feuchtigkeit, die über die Zeit in geringen Mengen durch die Rückseitenfolie in das Modul eidiffundieren können. Wie wir es auch von anderen Polymeren (Kunststoffen) aus dem Alltag kennen, werden Sie mit der Zeit spröde und brüchig, wenn sie dauerhaft dem Sonnenlicht und damit UV-Licht und auch dem Luftsauerstoffe, Ozon und Feuchtigkeit ausgesetzt sind. Diese Einflüsse führen auch beim Einbettungsmaterial in der Solarzelle zu einer schleichenden Degradation der Polymere. Wie schnell das geht, hängt von der Qualität des Materials selbst und hier besonders von der UV-Stabilität des Einbettungsmaterials aber auch von der Temperaturbelastung und der Qualität der Rückseitenfolie ab. Hohe Temperaturen beschleunigen die Alterung ganz erheblich, weshalb auf der Webseite des ISFHs auch darauf hingewiesen wird, dass die Auswirkungen von Hot-Spots erkannt werden können.
Was hat das jetzt mit Fluoreszenz zu tun? UV-Licht und Temperatureinfluss führen dazu, dass die Kettenmoleküle in dem Einbettungsmaterial in kleinere Moleküle aufgespalten werden, die stärker fluoreszierende Eigenschaften haben, als das ursprüngliche Material. Somit können die Abbauprodukte als Maß für die Alterung mit der Methode sichtbar gemacht werden.
Damit eignet sich die Methode z.B. für Forschungseinrichtungen, Modulhersteller und natürlich auch die Hersteller von Einbettungsmaterialien und Backsheets, die Qualität ihrer Produkte zu prüfen. Dazu wird an den Modulen vor und nach beschleunigter Alterung in Klimakammern eine Polymerfluoreszenzanalyse durchführt. Die beschleunigte Alterung in Klimakammern kann man dann auf längere Lebensdauern im Normalbetrieb – mehr oder weniger gut – hochrechnen.
Je stärker das Einbettungsmaterial degradiert ist, desto stärker „leuchtet“ es. Bei Hot-Spots lässt sich so an den betroffenen Zellen ebenfalls eine beschleunigte Alterung des Polymers nachweisen.
Wenn jemand Informationen dazu hat, ob die Methode auch an Modulen vor Ort eingesetzt werden kann und mit welchen Kosten man für das Equipment oder pro Messung zu rechen ist, würde ich mich ebenfalls sehr freuen.
Klaus Hying