Kurzbeschreibung
(Deutsch)
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Innerhalb eines internationalen PV Forschungsprojekts beabsichtigt Fluxim AG mit diesem P+D Projekt eine Erweiterung der LITOS Messplattform für Belastungstests an einer Vielzahl von Solarzellen zu entwickeln, aufzubauen und den erzielbaren Erkenntnisgewinn mit Messreihen zu demonstrieren. Die Erweiterung zielt auf die Kontrolle des Klimas in den Messkammern (Feuchtigkeit, Gasgemisch), die Emulation von realen Outdoorbetriebszyklen sowie die systematische Beschleunigung der Alterung zur Ermittlung von Skalierungsgesetzen. Eine Software-Integration («Characterization Suite») für effiziente Ausführung von «global Fits» mit Daten des verbundenen all-in-one Messsystems Paios sowie der Simulationssoftware Setfos erzielt einen Mehrwert gegenüber herkömmlicher Testmethoden.
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Kurzbeschreibung
(Englisch)
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Within an international PV research project, Fluxim AG intends to use this P+D project to develop and set up an extension of the LITOS measurement platform for stress tests on a large number of solar cells and to demonstrate the achievable knowledge gain with series of measurements. The extension aims to control the climate in the measurement chambers (humidity, gas mixture), emulate real outdoor operating cycles and systematically accelerate ageing to determine scaling laws. A software integration ("Characterisation Suite") for efficient execution of "global fits" with data from the connected all-in-one measurement system Paios as well as the simulation software Setfos achieves added value compared to conventional test methods.
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Kurzbeschreibung
(Französisch)
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Dans le cadre d'un projet de recherche PV international, Fluxim AG a l'intention, avec ce projet P+D, de développer et de mettre en place une extension de la plateforme de mesure LITOS pour des tests de résistance sur un grand nombre de cellules solaires et de démontrer le gain de connaissances réalisable avec des séries de mesures. L'extension vise le contrôle du climat dans les chambres de mesure (humidité, mélange de gaz), l'émulation de cycles de fonctionnement extérieurs réels ainsi que l'accélération systématique du vieillissement afin de déterminer des lois d'échelle. Une intégration logicielle ("Characterization Suite") pour l'exécution efficace de "global Fits" avec les données du système de mesure tout-en-un Paios connecté ainsi que du logiciel de simulation Setfos permet d'obtenir une valeur ajoutée par rapport aux méthodes de test traditionnelles.
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Schlussbericht
(Deutsch)
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Fluxim AG hat in diesem dreijährigen Forschungsprojekt mit internationalen PV Forschungsgruppen eine Messplattform für simultane Messung von mehreren Perowskit-Solarzellen auf Laborskala und Software für deren Modellierung weiterentwickelt. Diese im Projekt demonstrierten Forschungswerk-zeuge helfen künftig den Forschungsgruppen, ihren Erkenntnisgewinn zu beschleunigen und sich auf die Verbesserung der Solarzellen anstatt auf die Charakterisierungs-Methoden zu fokussieren. Ein spe-zielles Augenmerk galt in diesem Projekt der Langzeitstabilität der Solarzellen, welche durch beschleu-nigtes Stressen, kombiniert mit periodischen Unterbrüchen für Charakterisierungs-Messungen, unter-sucht wurde. Auch wurde die Simulationssoftware «Setfos» verbessert, indem neue physikalische Mo-delle und Lösungsmethoden (engl. Solver) entwickelt wurden.
Eine interessante Erweiterung der Messplattform «Litos» betrifft die spektrale Messung von Photo- und Elektrolumineszenz-Spektren an Perowskit-Filmen bzw. Zellen. Der zulässige Bereich bzgl. Span-nungs- und Strommessung wurde signifikant erweitert. Es wurden aber auch Herausforderungen iden-tifiziert für die weitere kommerzielle Verwertung der Messplattform Litos für PV Anwendungen, insbe-sondere betreffend der Robustheit des Geräts in Bezug auf hohe Lichtintensitäten und auf Klimakon-trolle d.h. die Kombination von hoher Luftfeuchtigkeit & hoher Temperatur. Das letztere „Atmosphere Module“ wird deshalb überarbeitet. Dafür konnte mit der Entwicklung der verwandten Messplattform «Litos Lite» ein kommerziell sehr erfolgreiches, verwandtes Produkt lanciert werden, das zwar vom Funktionsumfang gegenüber «Litos» etwas eingeschränkt ist, aber auf ein grosses Kundeninteresse gestossen ist.
Die oben beschriebenen Punkte wurden alle im Rahmen des vom Bundesamt für Energie getragenen Anteil des Projektes bearbeitet.
Die Verbesserungen in der Simulationssoftware trugen bei zum Erfolg der neuen Setfos Version 5.3, welche im Januar 2023 fertiggestellt wurde. Um die Modellierung von Perowskitsolarzellen zu beschleu-nigen oder zu verbessern, wurden in Setfos für Solarzellensimulation während diesem Projekt Ionen-transport im Frequenzraum-Löser, ein neuer Transient-Löser, Intensitäts-modulierte Photospannungs-Spektroskopie (engl. IMVS) als auch Fehlstellenrekombination an Grenzflächen implementiert. Letzte-res kann die Spannung und Effizienz in Perowskit-Solarzellen limitieren.
Die Zusammenarbeit mit den nationalen Partnern (EPFL PVLab, EMPA Dübendorf) und internationalen Partnern Universität Pablo de Olavide (Sevilla, Spanien), Universität Köln (Deutschland), und dem Holst Centre (Niederlande) wurden intensiviert. Eine Reihe von Experimenten mit der weiterentwickelten Messplattform wurden ausgeführt an Proben, welche von nationalen und internationalen Forschungs-gruppen zur Verfügung gestellt wurden. Dies führte, unter anderem, zu zwei gemeinsamen wissen-schaftlichen Publikationen, die Fluxim helfen, die Forschungswerkzeuge «Litos» und «Setfos» künftig noch besser zu vermarkten. Zudem haben erste Litos und Litos Lite Kunden vier wissenschaftliche Publikationen veröffentlicht, die durch diese Instrumente ermöglicht wurden. Das Projekt war somit mehrheitlich sehr erfolgreich.
Zugehörige Dokumente
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Schlussbericht
(Englisch)
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In this three-year research project with international PV research groups, Fluxim AG has further devel-oped a measurement platform for simultaneous measurement of multiple laboratory-scale perovskite solar cells and software for their modeling. These research tools demonstrated in the project will help research groups in the future to accelerate their knowledge gain and focus on solar cell improvement rather than characterization methods. In this project, special attention was paid to the long-term stability of the solar cells, which was investigated by accelerated stressing combined with periodic interruptions for characterization measurements. The Setfos simulation software was also improved by developing new physics models and solvers.
An interesting extension of the Litos measurement platform concerns the spectral measurement of photo- and electroluminescence spectra on perovskite films and cells, respectively. The permissible range of voltage and current measurements has been significantly extended. However, challenges have been identified for the further commercial exploitation of the Litos measurement platform for PV appli-cations, in particular concerning the robustness of the device with respect to high light intensities and to climate control i.e. the combination of high humidity & high temperature. The latter "Atmosphere Module" is therefore being revised. In return, a commercially very successful related product could be launched with the development of the related measurement platform Litos Lite, which is somewhat limited in func-tionality compared to Litos, but has met with great customer interest.
The issues described above were all addressed as part of the portion of the project supported by the Swiss Federal Office of Energy.
The improvements in the simulation software contributed to the success of the new Setfos version 5.3, which was completed in January 2023. To accelerate or improve the modeling of perovskite solar cells, ion transport in the frequency domain solver, a new transient solver, intensity-modulated photovoltage spectroscopy (IMVS) as well as defect recombination at interfaces were implemented in Setfos for solar cell simulation during this project. The latter can limit the voltage and efficiency in perovskite solar cells.
Collaborations with national partners (EPFL PVLab, EMPA Dübendorf) and international partners Uni-versity Pablo de Olavide (Seville, Spain), University of Cologne (Germany), and the Holst Centre (Neth-erlands) have been intensified. A number of experiments with the enhanced measurement platform were performed on samples provided by national and international research groups. This resulted, among other things, in two joint scientific publications, which will help Fluxim to better market the research tools Litos and Setfos in the future. Furthermore, first Litos and Litos Lite customers have written four scientific publications enabled by these instruments. The majority of the project was thus very successful.
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Schlussbericht
(Französisch)
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Dans le cadre de ce projet de recherche de trois ans, Fluxim AG a développé, en collaboration avec des groupes de recherche PV internationaux, une plateforme de mesure pour la mesure simultanée de plusieurs cellules solaires en pérovskite à l'échelle du laboratoire et un logiciel pour leur modélisation. Ces outils de recherche, démontrés dans le cadre du projet, aideront à l'avenir les groupes de recherche à accélérer l'acquisition de connaissances et à se concentrer sur l'amélioration des cellules solaires plutôt que sur les méthodes de caractérisation. Dans ce projet, une attention particulière a été accordée à la stabilité à long terme des cellules solaires, qui a été étudiée par un stress accéléré combiné à des interruptions périodiques pour les mesures de caractérisation. Le logiciel de simulation Setfos a égale-ment été amélioré par le développement de nouveaux modèles physiques et de nouvelles méthodes de résolution (solveurs).
Une extension intéressante de la plateforme de mesure Litos concerne la mesure spectrale des spectres de photoluminescence et d'électroluminescence sur les films et les cellules de pérovskite. La plage autorisée pour la mesure de la tension et du courant a été considérablement élargie. Cependant, des défis ont été identifiés pour la poursuite de l'exploitation commerciale de la plateforme de mesure Litos pour les applications PV, notamment en ce qui concerne la robustesse de l'appareil par rapport aux intensités lumineuses élevées et le contrôle climatique, c'est-à-dire la combinaison d'une humidité éle-vée et d'une température élevée. Ce dernier "Atmosphere Module" sera donc remanié. En revanche, le développement de la plateforme de mesure apparentée Litos Lite a permis de lancer un produit appa-renté très réussi sur le plan commercial, qui est certes un peu plus limité que Litos en termes de fonc-tionnalités, mais qui a suscité un grand intérêt de la part des clients.
Les points décrits ci-dessus ont tous été traités dans le cadre de la partie du projet soutenue par l’office fédéral de l'énergie.
Les améliorations apportées au logiciel de simulation ont contribué au succès de la nouvelle version 5.3 de Setfos, qui a été achevée en janvier 2023. Afin d'accélérer ou d'améliorer la modélisation des cellules solaires pérovskites, le transport d'ions dans le solvant de l'espace des fréquences, un nouveau solvant transitoire, la spectroscopie de phototension à modulation d'intensité (IMVS) et la recombinaison des défauts aux interfaces ont été implémentés dans Setfos pour la simulation des cellules solaires au cours de ce projet. Cette dernière peut limiter la tension et l'efficacité des cellules solaires en pérovskite.
La collaboration avec les partenaires nationaux (EPFL PVLab, EMPA Dübendorf) et internationaux, l'Université Pablo de Olavide (Séville, Espagne), l'Université de Cologne (Allemagne) et le Holst Centre (Pays-Bas), s'est intensifiée. Une série d'expériences avec la plate-forme de mesure perfectionnée a été réalisée sur des échantillons fournis par des groupes de recherche nationaux et internationaux. Cela a débouché, entre autres, sur deux publications scientifiques communes qui aideront Fluxim à mieux commercialiser les outils de recherche Litos et Setfos à l'avenir. De plus, les premiers clients Litos et Litos Lite ont publié quatre publications scientifiques rendues possibles grâce à ces instruments. Le projet a donc été majoritairement très fructueux.
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