Fraunhofer ISE advierte del riesgo de una degradación inducida por rayos UV mayor de lo esperado en células TOPCon, PERC y HJT

Fuente: https://www.pv-magazine.com/

Los investigadores del instituto alemán explicaron que la degradación inducida por rayos ultravioleta puede provocar pérdidas de eficiencia y voltaje mayores de lo esperado en todas las tecnologías de celdas dominantes, incluidos los dispositivos TOPCon. Los científicos esperan que las capas de nitruro de silicio se puedan utilizar para mejorar la estabilidad UV de TOPCon en comparación con las capas PECVD que se utilizan normalmente en celdas PERC y de heterojunción.

Investigadores del 
Instituto Fraunhofer de Sistemas de Energía Solar (Fraunhofer ISE) de Alemania han investigado la estabilidad frente a la exposición a rayos UV de tres tipos de tecnologías de células solares convencionales (contacto pasivado con óxido de túnel (TOPCon), emisor pasivado y célula trasera (PERC) y heterojunción (HJT)) y han descubierto que todas ellas pueden sufrir una grave degradación implícita del voltaje.

Explicaron que la degradación inducida por luz ultravioleta (UVID) puede provocar pérdidas inesperadas de voltaje y eficiencia en el futuro, especialmente cuando se disponga de un historial de UVID más amplio. “Un ejemplo destacado de esto es 
la degradación inducida por luz y temperatura elevada (LeTID), que ha provocado pérdidas imprevistas en los módulos PERC durante el funcionamiento en campo”, afirmaron. “Informes recientes sugieren que un escenario similar podría repetirse debido a la UVID en las tres arquitecturas celulares modernas”.

Los efectos nocivos de la radiación UV se han asociado en gran medida a los encapsulantes de módulos transparentes a los rayos UV de los paneles solares y al envejecimiento de los materiales de embalaje de los módulos, lo que provoca la decoloración, la delaminación y el agrietamiento de la lámina posterior de los encapsulantes. En particular, la luz UV puede contribuir a la formación de ácido acético en el encapsulante del módulo, que corroe la rejilla de contacto de la célula. El rendimiento de las células solares también se ve afectado negativamente por la radiación UV a través de la generación de defectos en la superficie. Dentro de una célula solar de silicio, la luz UV puede provocar daños en las capas de pasivación, en el silicio que se encuentra debajo y en la interfaz entre ambas.

“Actualmente, los encapsulantes transparentes a los rayos UV son el estándar para la parte frontal del módulo”, dijo el autor principal de la investigación, Fabian Thome, a 
pv magazine . “El uso de encapsulantes que bloquean los rayos UV podría ser sin duda una estrategia para reducir la UVID, pero esto se produce a costa de una menor eficiencia del módulo. Sabemos de algunos fabricantes que ya utilizan esta estrategia. Parece ser una buena solución intermedia hasta que se resuelva la UVID a nivel de la célula”.

En el estudio “ Degradación inducida por rayos ultravioleta de células solares industriales PERC, TOPCon y HJT: ¿el próximo gran desafío de confiabilidad? ”, publicado en 
RRL Solar , los investigadores explicaron que su análisis consideró tanto células solares comerciales como de laboratorio, sin revelar los nombres de los fabricantes. Los dispositivos fueron expuestos a la radiación de lámparas UV-340 sin cobertura.

“Para establecer una conexión entre las pruebas de laboratorio y la aplicación en el campo, analizamos datos con resolución espectral de un sitio de prueba en el desierto del Néguev, Israel, desde 2019”, dijeron. “En la secuencia de prueba UV, tres células por grupo fueron expuestas a la radiación UV desde el frente y dos desde la parte trasera, con los respectivos lados opuestos cubiertos”.

Las pruebas demostraron que la exposición trasera generó menos UVID que la exposición frontal, y que todas las tecnologías sufrieron pérdidas de voltaje superiores a 5 mV después de 60 kWh m ^− 2 . “Después de la exposición a los rayos UV, la recombinación adicional (una medida de la formación de defectos) fue más pronunciada para PERC que para TOPCon; pero la pérdida de voltaje fue comparable”, dijo Thome. “Esto se debe a que TOPCon tiene una mayor calidad de pasivación y, por lo tanto, ‘siente’ incluso pequeñas cantidades de defectos. Cuanto mayor sea la eficiencia inicial, mayor será la sensibilidad incluso a pequeñas cantidades de defectos adicionales”.

El análisis también mostró que las capas de pasivación basadas en óxido de aluminio (AlOx) y nitruro de silicio (SiN_y ), que comúnmente se depositan en las celdas TOPCon a través de deposición de capas atómicas (ALD), pueden mejorar la estabilidad UV de estos dispositivos en comparación con las capas que se utilizan típicamente en las celdas PERC y HJT, que se depositan a través de deposición química de vapor mejorada con plasma (PECVD).

“Los componentes comunes a las tres tecnologías de celdas también pueden ser importantes para la estabilidad UV. Un ejemplo sería el índice de refracción y el espesor de las capas de nitruro de silicio, que determinan la dosis efectiva de UV que llega al silicio”, concluyó Thome.