Австралийские исследователи отслеживают процесс самовосстановления кремниевых солнечных элементов после УФ-повреждения
Аккумулятор FIAMM 12FGHL28
Инженеры из Университета Нового Южного Уэльса разработали метод мониторинга в режиме реального времени, который позволяет определить, как кремниевые солнечные элементы могут восстанавливаться после повреждений, вызванных ультрафиолетовым излучением. Это даёт новое представление о деградации солнечных панелей и сроке их службы.
Исследователи из Университета Нового Южного Уэльса (UNSW) разработали новый метод отслеживания изменений химических связей в работающих кремниевых солнечных элементах по мере их разрушения под воздействием ультрафиолетового (УФ) излучения и во время восстановления под воздействием видимого солнечного света.
Исследовательская группа под руководством профессора Сяоцзин Хао заявила, что новый метод неразрушающего контроля может помочь производителям тестировать и сертифицировать солнечные панели более точно и эффективно.
«Этот новый метод можно использовать непосредственно на производственной линии, чтобы быстро проверить, насколько хорошо солнечные элементы защищены от ультрафиолетового излучения. Это поможет в будущем контролировать качество продукции во время производства», — сказал Хао.
Деградация под воздействием УФ-излучения привела к снижению эффективности до 10 % во многих структурах кремниевых солнечных элементов, включая гетеропереход (HJT), пассивированный эмиттер и заднюю часть элемента (PERC) и туннельный оксидный пассивированный контакт (TOPCon). Сообщалось, что при определённых условиях, таких как вымачивание в свете, эту деградацию можно устранить, но для изучения таких процессов ранее требовалось разбирать элементы или полагаться на косвенные электрические измерения.
Команда UNSW использовала ультрафиолетовую рамановскую спектроскопию, в которой для выявления молекулярных колебаний материала используются лазеры, чтобы отслеживать изменения химических связей в работающих элементах, подвергающихся сначала воздействию ультрафиолетового, а затем видимого солнечного света. Это позволяет наблюдать процессы повреждения и восстановления на микроскопическом уровне.
«Этот метод работает примерно как камера. Вместо того чтобы просто измерять мощность элемента, мы можем напрямую наблюдать за тем, как меняется сам материал в режиме реального времени», — сказал Цзыхэн Лю, автор статьи, опубликованной в Energy & Environmental Science.
«Обычно мы можем измерить только выходную мощность. Это уже было замечено многими, но с помощью этого нового метода мы также объясняем механизм и можем наблюдать изменения на материальном уровне».
Этот метод показал, что ультрафиолетовое излучение сначала изменяет химические связи с участием водорода, кремния и бора вблизи поверхности клетки, ослабляя пассивирующие слои и снижая эффективность. Когда клетки подвергались воздействию видимого солнечного света, исследователи наблюдали, как материал частично возвращался в исходное состояние, поскольку атомы водорода перемещались обратно к поверхности, а разорванные связи восстанавливались.
«Это подтверждает, что восстановление — это не просто электрический эффект, — сказал Лю. — Материал восстанавливается на атомном уровне».
Лю сказал, что возможность непосредственно наблюдать за обратимыми изменениями в материале имеет большое значение для тестирования модулей и оценки их надёжности.
«Этот подход помогает отличить истинную долгосрочную деградацию от обратимых изменений, — сказал он. — Это различие важно для точного прогнозирования срока службы».
По словам исследователей, этот метод также помогает объяснить, почему одни солнечные элементы изнашиваются сильнее других, в зависимости от конструктивных особенностей, таких как пассивация толщина слоя или свойства поверхностного покрытия, влияющие на движение водорода во время воздействия ультрафиолета и восстановления.
«Эти знания позволят производителям принимать взвешенные решения о компромиссе между максимальной эффективностью, долговечностью и стоимостью», — заявили они, добавив, что этот метод можно использовать для тестирования новых материалов, условий обработки или изменений в конструкции перед тем, как элементы будут встроены в полноценные солнечные панели.
«Эта работа даёт нам более чёткое представление о том, как ведут себя солнечные батареи в реальных условиях, — сказал Хао. — Благодаря более совершенным инструментам мониторинга мы можем разрабатывать более качественные тесты, более совершенные панели и, в конечном счёте, более надёжные системы солнечной энергетики».