DMS-Messung mech. Thermospannungen Solarzelle

Handhabung, Auswahl, Grundlagen, Beispiele, ...
Thaddl
Beiträge: 2
Registriert: Mi 15. Jun 2016, 09:36

DMS-Messung mech. Thermospannungen Solarzelle

Beitragvon Thaddl » Mi 15. Jun 2016, 11:31

Hallo,

ich schreibe zur Zeit meine BA und muss dazu die mechanischen Spannungen messen, die bei Temperaturschwankungen in Solarzellen entstehen. Leider funktioniert das Ganze nicht so, wie ich es mir vorgestellt habe. Meine Messzellen sind vereinfacht aufgebaut, d. h.: Auf der Glasscheibe ist nur eine Schicht EVA und dann kommt der eigentlich Siliziumwafer. Die Rückseite ist offen, der DMS kann also direkt auf das Silizium geklebt werden.
Bei einer Erwärmung dehnen sich die drei Schichten unterschiedlich stark aus, sodass Spannungen entstehen.

Ich möchte dabei nur die mechanischen Dehnung messen, die durch die anderen Schichten auf das Silizium ausgeübt wird. Für eine korrekte Temperaturkorrektur habe ich einen weiteren DMS auf einen einzelnen Wafer geklebt (kein Schichtsystem). Darüber habe ich die Temperatur-Dehnungskurve für den Si-DMS-Verbund ermittelt. Diese Werte habe ich von der Messung im Schichtsystem abgezogen und bin so auf den rein mechansichen Anteil gekommen.

Zusätzliche habe ich die erwartete Dehnung berechnet, die Berechnung wurde auch nochmals mit einer FEM-Simulation bestätigt. Leider stimmen meine Messwerte nicht mit den berechneten Werten überein.

Die Messdaten und eine genauere Beschreibung meines Versuches habe ich angehängt. Dort gibt es auch Bilder, ich hoffe es wird somit alles etwas klarer.

Meine wichtigsten Fragen:

Fällt ein genereller Fehler auf?

Muss ich bei der Dehnungsmessung auf Silizium etwas besonderes beachten? Ich habe bisher hauptsächlich auf Glas gearbeiten. Bin bei Silizium wie bei anderen Metallen vorgegangen.

Hat jemand schon einmal versucht, die Spannungen innerhalb eines Mehrschichtsystem mit Hilfe von DMS zu messen?

Mit freundlichen Grüßen und vielen Dank an die, die sich alles durchgelesen haben

Simon
Dateianhänge
Fragestellung Forum.docx
(390.92 KiB) 160-mal heruntergeladen

Kabelitz
Beiträge: 412
Registriert: Fr 5. Aug 2011, 12:09

Re: DMS-Messung mech. Thermospannungen Solarzelle

Beitragvon Kabelitz » Do 16. Jun 2016, 09:57

Hallo Simon,
a) zur FEM Berechnung: sind denn die verwendeten Materialdaten verlässlich? Insbesondere der thermische Ausdehnungskoeffizient (bzw. vielmehr die Differenz der beiden Ausdehnungskoeffizienten ist entscheidend)
Zur Not könnte man den Ausdehnungskoeffizienten vom Silizium und vom Glas messen: 1 DMS auf die jeweilige Probe (Silizium bzw. Glass), 1 Referenz-DMS auf Quarzglass. Das Ganze in einer Halbbrückenschaltung auswerten. Quarzglass mit einem Ausdehnungskoeffizienten von ca. 0ppm/K verwenden.

b) Wurde bei der FEM Berechnung die Biegung der Probe berücksichtigt. Eventuell sollte man zur Sicherheit beidseitig kleben und die Biegung der Probe einmal auswerten.

c) Übrigens könnte man mit Hilfe von länglichen Proben ("Biegefedern") sehr leicht die Spannung bestimmen, indem man den Biegeradius bestimmt.

d) Ich denke, dass die Probengeometrie entscheidenden Einfluss auf das Ergebnis hat, denn je nach Geometrie wird sich die Spannung auch abbauen (z.B. durch Biegung). Zum Test könnte man auch einmal verschiedene Probengeometrien in die FEM Berechnung geben. Möglicherweise kommt dort immer das gleiche Ergebnis heraus!

e) Gitterlänge 3mm halte ich für ideal.

f) Der Kompensations-DMS kommt natürlich aus der gleichen Charge, gleichen Verpackung, ist der gleiche Typ...

g) Für den Fall, dass der Fehler in der Probengeometrie steckt: Dann würde das Kleben einer 0-45-90 Grad Rosette auch helfen.

Viele Grüße
Holger Kabelitz

Thaddl
Beiträge: 2
Registriert: Mi 15. Jun 2016, 09:36

Re: DMS-Messung mech. Thermospannungen Solarzelle

Beitragvon Thaddl » Do 16. Jun 2016, 16:31

Hallo,

erstmal vielen Dank für die Antwort.

a) Die Materialdaten sind fast alle aus Datenblättern der Hersteller, die übrigen dann mit verschiedenen Quellen abgeglichen.

Zum Glas: Ich habe bereits überlegt gehabt, ob anstelle von normalem Floatglas Borosilikatglas verwendet wurde. Dieses hätte einen deutlich geringeren thermischen Ausdehnungskoeffizienten und meine Messwerte würden deutlich besser passen. Leider hat mir der der Hersteller nochmals bestätigt, dass es sich um normales Glas handelt.

b) Die Biegung wurde sowohl bei der FEM-Simulation als auch meiner händischen Excelberechnung berücksichtigt.

c) Leider habe ich keine länglichen Proben und kann die Geometrie nicht verändern, da der Wafer beim Zuschneiden brechen würde. Außerdem wäre es schwer, den Biegeradius für jede Temperatur zu messen.

d) Das wäre ein Versuch, den Einfluss der Geometrie zu untersuchen.

e) Meine DMS haben eine Gitterlänge von 2 mm, eine Breite von 1,5 mm und einen Widerstand 120 Ohm.

f) Alle verwendete DMS stammen aus derselben Verpackung.

g) Das mit dem Rosetten-DMS werde ich bei Gelegenheit ausprobieren. Falls ich dort neue Ergebnisse bekomme, werde ich diese hier noch veröffentlichen.

Nochmals danke für die Mühe,

Simon


Zurück zu „Dehnungsmessstreifen“

Wer ist online?

Mitglieder in diesem Forum: 0 Mitglieder und 0 Gäste