Защита солнечных модулей с гетеропереходом с помощью УФ-фильтрации и УФ-блокировки
Аккумулятор FIAMM FG 24204
Ученые исследовали инкапсулянты с разной степенью пропускания ультрафиолетовых лучей, чтобы оценить степень их разрушения под воздействием ультрафиолета. На основе полученных результатов они разработали новую двухслойную структуру инкапсулянта. Исследователь: Новая конструкция сохранила более 98 % первоначальных характеристик модуля.
Схема модуля с новым двухслойным фронтальным герметиком | Изображение: Forschungszentrum Jülich GmbH, «Прогресс в области фотовольтаики: исследования и применение», CC BY 4.0
Немецкая исследовательская группа изучила влияние ультрафиолетового излучения на деградацию (UVID) легких солнечных модулей на основе кремниевых гетеропереходов (HJT) с использованием герметиков с разным коэффициентом пропускания ультрафиолета. На основе полученных результатов они предложили новую архитектуру герметизации, которая сочетает в себе УФ-ослабление и УФ-блокирующие герметики для обеспечения использования и стабильности легких солнечных модулей на основе кремниевых гетеропереходов.
«Солнечные модули с этой инновационной двухслойной структурой сохранили более 98 % своей первоначальной эффективности после воздействия УФ-излучения в течение 120 кВт⋅ч/м2, что демонстрирует перспективность нового подхода к повышению устойчивости к УФ-излучению, — рассказал автор исследования Кай Чжан в интервью. — В наших последующих исследованиях мы подробно изучим механизм деградации эффекта дауншифтинга и стратегию оптимизации».
Исследование началось с изготовления легких солнечных модулей HJT с использованием нескольких герметизирующих материалов с различными свойствами пропускания ультрафиолета. Во всех конфигурациях модулей в основном использовались двухфазные монокристаллические ячейки HJT с задним переходом n-типа размером 156,75 × 156,75 мм с нулевой шиной (0BB), с типом инкапсулятора в качестве основной экспериментальной переменной. Модули также включали в себя передний лист из этилентетрафторэтилена (ETFE) и задний лист из алюминия на основе полиолефина (PO).
Были исследованы четыре типа инкапсулянтов. Термопластичный полиолефин (ТПО) использовался в качестве инкапсулянта, блокирующего ультрафиолетовое излучение с длиной волны менее 350 нм (УФ-В350), а полиолефин — в качестве более эффективного инкапсулянта, блокирующего УФ-излучение с длиной волны менее 375 нм (УФ-В375). Этиленвинилацетат (ЭВА) использовался в качестве инкапсулянта, пропускающего УФ-излучение (УФ-Т), благодаря чему большая часть УФ-излучения достигает солнечного элемента. Кроме того, был протестирован этиленвинилацетат, содержащий частицы с эффектом дауншифтинга, которые поглощают фотоны ультрафиолетового излучения и переизлучают их в виде синего видимого света (UV-DS).
Нормализованная эффективность, коэффициент заполнения, напряжение холостого хода и плотность тока короткого замыкания модулей с различными герметиками в зависимости от накопленного УФ-излучения.
Изготовленные модули подверглись ускоренным испытаниям на старение под воздействием ультрафиолетового излучения в УФ-камере, оснащенной ртутными лампами, излучающими ультрафиолетовый спектр с пиком на длине волны 353 нм. Модули получили суммарную дозу УФ-излучения 120 кВт·ч/м², что соответствует примерно 30 месяцам пребывания на открытом воздухе в Юлихе, Германия, и их характеристики проверялись после каждых 15 кВт·ч/м². Согласно полученным результатам, относительная потеря эффективности модулей UV-B, UV-T и UV-DS составила 2,17 %, 9,25 % и 6,15 % соответственно. Снижение эффективности в основном было связано с уменьшением коэффициента заполнения солнечных модулей, а также с уменьшением псевдокоэффициента заполнения.
«Результаты показали, что легкие солнечные модули на основе гетероструктурных кремниевых транзисторов с УФ-абсорберами эффективно предотвращают деградацию, вызванную ультрафиолетовым излучением, — пояснил Чжан. — Однако УФ-абсорберы не могут полностью поглощать УФ-фотоны, и наблюдалось снижение эффекта поглощения, предположительно вызванное фотоокислением».
Чтобы решить эту проблему, ученые разработали архитектуру, в которой сочетаются материалы, преобразующие ультрафиолетовое излучение в видимый свет, и материалы, блокирующие ультрафиолетовое излучение. В новой структуре слой этиленвинилацетата, преобразующий ультрафиолетовое излучение в видимый свет, расположен над дополнительным слоем, блокирующим ультрафиолетовое излучение. Слой, преобразующий ультрафиолетовое излучение в видимый свет, преобразует поступающие ультрафиолетовые фотоны в видимый синий свет, который может более эффективно использоваться в гетероструктурных солнечных элементах, а слой, блокирующий ультрафиолетовое излучение, поглощает не преобразованные фотоны. Затем слои объединяются над солнечным элементом с помощью соединительных пленок и герметика по краям.
«Солнечные модули с этой инновационной двухслойной структурой сохранили более 98 % своей первоначальной эффективности после воздействия ультрафиолетового излучения, что демонстрирует перспективность нового подхода к повышению устойчивости к ультрафиолетовому излучению, — заявили исследователи. — Эффективность этого двухслойного солнечного модуля после воздействия ультрафиолетового излучения была на 8,92 % выше, чем у солнечного модуля с УФ-пропускающим герметиком. Двухслойная структура обеспечивает более высокую начальную мощность, которая остается высокой даже после разрушения под воздействием ультрафиолета, что свидетельствует о перспективности получения энергии».
Новая технология была представлена в статье «Снижение деградации, вызванной ультрафиолетовым излучением, в легких солнечных модулях SHJ с помощью стратегии УФ-инкапсуляции,» опубликованной в журнале Progress in Photovoltaics: Research and Applications. В исследовании приняли участие ученые из Исследовательского центра Юлиха, Исследовательского альянса Юлих-Ахен и Рейнско-Вестфальского технического университета Ахена в Германии.