Καλύτερα ηλιακά πάνελ πυριτίου

Ερευνητές στο Εθνικό Εργαστήριο Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας (NREL) του Υπουργείου Ενέργειας των ΗΠΑ' και στη Σχολή Ορυχείων του Κολοράντο εφαρμόζουν μια νέα τεχνική για τον εντοπισμό ελαττωμάτων σε ηλιακά κύτταρα πυριτίου που προκαλούν πτώση της απόδοσης. Τα διδάγματα που αντλήθηκαν σε ατομικό επίπεδο θα μπορούσαν να οδηγήσουν σε βελτιώσεις στον τρόπο με τον οποίο οι κατασκευαστές ενισχύουν τα προϊόντα τους ενάντια σε αυτό που είναι γνωστό ως υποβάθμιση που προκαλείται από το φως.

Η υποβάθμιση που προκαλείται από το φως ή το LID, μειώνει την απόδοση των ηλιακών κυψελών πυριτίου κατά περίπου 2%, γεγονός που προσθέτει σε σημαντική πτώση στην παραγωγή ισχύος κατά τη διάρκεια ζωής των 30 έως 40 ετών της τεχνολογίας που αναπτύσσεται στο πεδίο. Οι ηλιακές κυψέλες που κατασκευάζονται από πυρίτιο αντιπροσωπεύουν περισσότερο από το 96% της παγκόσμιας αγοράς και ο πιο συχνά χρησιμοποιούμενος ημιαγωγός που χρησιμοποιείται στην κατασκευή αυτών των στοιχείων είναι κατασκευασμένος από πυρίτιο με πρόσμιξη βορίου. Αλλά το πυρίτιο με πρόσμιξη βορίου είναι ευαίσθητο στο LID, επομένως οι κατασκευαστές έχουν αναπτύξει μεθόδους για τη σταθεροποίηση των ηλιακών μονάδων.

Χωρίς κατανόηση των ελαττωμάτων σε ατομικό επίπεδο, οι ερευνητές είπαν ότι είναι αδύνατο να προβλεφθεί η σταθερότητα αυτών των μονάδων.

& quot;Ορισμένες από τις μονάδες έχουν σταθεροποιηθεί πλήρως. Μερικά από αυτά είναι μόνο μισοσταθεροποιημένα," είπε η Abigail Meyer, Ph.D. υποψήφιος στο Mines και ερευνητής στο NREL. Είναι η επικεφαλής συγγραφέας μιας νέας εργασίας που περιγράφει λεπτομερώς τις προσπάθειες εντοπισμού της πηγής του φαινομένου LID. Το άρθρο,"Atomic Structure of Light-Induced Efficiency-Degrading Defect in Czochralski Silicon Solar Cells," εμφανίζεται στο περιοδικόΕνέργεια&ενισχυτής; Περιβαλλοντική επιστήμη.

Οι συν-συγγραφείς της είναι οι Vincenzo LaSalvia, William Nemeth, Matthew Page, David Young, Paul Stradins, όλοι από το NREL. Οι Sumit Agarwal, Michael Venuti και Serena Eley, οι οποίοι είναι από το Mines. και ο P. Craig Taylor, ένας συνταξιούχος καθηγητής Mines που συμβουλεύτηκε την έρευνα.

Ο Stradins, κύριος επιστήμονας και επικεφαλής έργου στην έρευνα φωτοβολταϊκών πυριτίου στο NREL, είπε ότι το πρόβλημα του LID έχει μελετηθεί για δεκαετίες, αλλά η ακριβής μικροσκοπική φύση του τι προκαλεί την υποβάθμιση δεν έχει προσδιοριστεί. Οι ερευνητές κατέληξαν στο συμπέρασμα, μέσω έμμεσων πειραματισμών και θεωριών, ότι το πρόβλημα μειώνεται όταν χρησιμοποιείται λιγότερο βόριο ή όταν υπάρχει λιγότερο οξυγόνο στο πυρίτιο.

Η συνεργασία μεταξύ των ερευνητών NREL και Mines βασίστηκε στον παραμαγνητικό συντονισμό ηλεκτρονίων (EPR) για τον εντοπισμό ελαττωμάτων που ευθύνονται για το LID. Για πρώτη φορά, η μικροσκοπική εξέταση αποκάλυψε μια ευδιάκριτη υπογραφή ελαττώματος καθώς τα δείγματα ηλιακών κυψελών υποβαθμίστηκαν περισσότερο από το φως. Η υπογραφή του ελαττώματος εξαφανίστηκε όταν οι επιστήμονες εφάρμοσαν την εμπειρική"regeneration" διαδικασία για τη θεραπεία του LID που έχει υιοθετήσει η βιομηχανία. Προς έκπληξή τους, οι ερευνητές βρήκαν επίσης ένα δεύτερο,"ευρεία" Η υπογραφή EPR επηρεάζεται από την έκθεση στο φως, που περιλαμβάνει πολλά περισσότερα προσμίξιμα άτομα από τα ελαττώματα του LID. Υπέθεσαν ότι δεν οδηγούν όλες οι ατομικές αλλαγές που προκαλούνται από το φως στο καπάκι.

Οι τεχνικές που αναπτύχθηκαν για τη μελέτη του LID μπορούν να επεκταθούν για να αποκαλύψουν άλλους τύπους αποικοδομητικών ελαττωμάτων σε ηλιακά κύτταρα πυριτίου και σε άλλα υλικά ημιαγωγών που χρησιμοποιούνται στα φωτοβολταϊκά, όπως το τελλουρίδιο του καδμίου και οι περοβσκίτες, σημείωσαν οι επιστήμονες.

Το Γραφείο Τεχνολογιών Ηλιακής Ενέργειας στο Υπουργείο Ενέργειας χρηματοδότησε την έρευνα.