Te słabe strony ogniw HJT prowadzą do utraty mocy

Badacze z Uniwersytetu New South Wales zidentyfikowali zagrożenia, jakie niesie ze sobą technologia HJT wykorzystywana do produkcji nowoczesnych ogniw fotowoltaicznych. W wyniku pojawiających się awarii moc ogniwa może spać nawet o kilkadziesiąt procent.

Naukowcy przeprowadzili test wilgotnego powietrza (ang. damp heat, DH), żeby poznać słabe punkty ogniw heterozłączowych (HJT). Wyniki eksperymentu pozwoliły zidentyfikować cztery rodzaje awarii. W przypadku najgorszej utrata mocy może sięgnąć nawet 50 proc.

Warunki eksperymentu

Do badania wykorzystano trzy próbki składające się z dwustronnych ogniw HJT typu N. Pierwsza z nich była ogniwem HJT enkapsulowanym za pomocą folii EVA (powszechnie stosowanej w produkcji). Druga była analogiczna do pierwszej, lecz zamiast standardowego ogniwa HJT zastosowano komórki prekursorowe HJT z szynami zbiorczymi połączonymi z przewodami taśmowymi z przodu i z tyłu ogniwa. Trzecią próbkę stanowiło klasyczne ogniwo HJT, które nie zostało poddane procesowi enkapsulacji.

REKLAMA

Wszystkie próbki poddano testowi wytrzymałościowemu wilgotnego powietrza. W trakcie testów symulowane są warunki działania ogniwa w ustalonych warunkach atmosferycznych. Ogniwo umieszcza się w komorze, w której temperatura wynosi 85 st. C, a wilgotność względna powietrza utrzymywana jest na poziomie 85 proc. Czas trwania eksperymentu wyniósł od 500 do 4 tys. godzin.

Cztery rodzaje awarii

Pracownicy Uniwersytetu New South Wales zidentyfikowali cztery rodzaje awarii, które wystąpiły w wyniku przeprowadzonego testu.

Pierwszy rodzaj (Type-1), tzw. awaria punktowa, polegała na ciemnieniu ogniw w niewielkich obszarach. Drugi typ (Type-2) awarii dotyczył ciemnienia wokół połączonych obszarów szyn zbiorczych i przewodów taśmowych. Trzeci rodzaj (Type-3) występował w obszarach między szynami zbiorczymi (silne ciemnienie). Czwarty przypadek (Type-4) dotyczył awarii (ciemnienia) w/na połączonych obszarach szyn zbiorczych i przewodów taśmowych.

Każdy rodzaj awarii spowodował utratę mocy maksymalnej ogniwa. Type-1 zdaniem badaczy prawdopodobnie wynika z reakcji chemicznej między zanieczyszczeniami powierzchniowymi a wilgocią (zanieczyszczenia mogą być wprowadzone do ogniw podczas obsługi lub na etapie przed hermetyzacją). Zwiększa ona rekombinację nośników ładunku i prowadzi do utraty maksymalnej mocy (Pmax). W przypadku tej awarii utrata mocy sięgała nawet 40 proc.

REKLAMA

Type-2 i Type-3 zdaniem naukowców może pojawić się w przypadku narażenia ogniwa na topnik lutowniczy i lut ołowiany używany do łączenia przewodów taśmowych i szyn zbiorczych. W tym przypadku strata mocy maksymalnej wyniosła od 5 do 50 proc.

Awaria Type-4 spowodowała utratę mocy na poziomie około 16 proc. Naukowcy sugerują, że mogła ona wyniknąć z zastosowania EVA w roli folii ochronnej. W wyniku wysokiej temperatury dochodzi do uwalniania kwasu octowego, który może wpływać indukująco na proces degradacji ogniwa (elementów ogniwa).

Sugerowane rozwiązania

Jak zauważają naukowcy, choć testy na razie przeprowadzone zostały jedynie w skali laboratoryjnej, to ich wyniki pokazują prawdopodobieństwo wystąpienia awarii w środowisku naturalnym, np. przy wielkoskalowych projektach. Jednocześnie dodają, że zamykanie ogniw pomiędzy dwiema warstwami szkła może przynieść większą odporność i mniejsze ryzyko wystąpienia opisanych awarii (lub ich wystąpienie będzie odsunięte w czasie). Na zmniejszenie ryzyka awarii może wpłynąć również zastąpienie folii EVA innym materiałem, co już zaczyna być stosowane na rynku.

Wyniki swoich badań naukowcy opublikowali w artykule opublikowanym w czasopiśmie „Solar Energy Materials and Solar Cells”.