Немецкие учёные превратили обычную цифровую камеру Canon EOS 4000D в прибор для количественной диагностики кремниевых солнечных панелей. Метод основан на электролюминесценции — слабом инфракрасном свечении фотоэлементов при подаче на них электрического напряжения.
Из камеры удалили штатный ИК-блокирующий фильтр и установили длинноволновый Heliopan ES RG850, отсекающий видимый свет. Съёмку желательно вести в темноте, но специальная калибровка позволяет компенсировать слабость сигнала даже без идеальных условий.
КМОП-матрица на основе кремния чувствительна к излучению около 1120 нм — именно в этом диапазоне светятся кремниевые элементы. Цветные фильтры Bayer оказались достаточно прозрачными для регистрации такого сигнала.
Главная сложность заключалась не просто в фиксации свечения, а в переводе яркости изображения в физический параметр — внешнюю квантовую эффективность электролюминесценции (EQE_LED). Для этого разработали модель, учитывающую линейный и нелинейный режимы работы сенсора.
При комнатной температуре десятикратный рост сигнала люминесценции соответствовал примерно 60 мВ увеличения напряжения холостого хода. Для калибровки использовался эталонный элемент с известными характеристиками.
Метод протестировали на новых и старых панелях. Для новых модулей результаты оказались точными, а вот для старых расчётные значения отставали от измеренных напрямую — это требует дальнейшего изучения.
Такая фотография позволяет не только визуально находить дефекты в виде тёмных и светлых пятен, но и количественно оценивать характеристики каждого участка панели. Модель применима как к электролюминесценции, так и к фотолюминесцентным измерениям на свету.
В дальнейшем исследователи планируют проверить, можно ли проводить подобные измерения при обычном дневном освещении. Это особенно актуально: панелей в мире становится всё больше, и недорогая экспресс-диагностика выходит на первый план вместо дорогих научных приборов.