آثار التحلل الناجم عن النور في الأشعة الشمسية وتكنولوجيا التخفيف

وقد أصبحت الطاقة الشمسية حجر الزاوية في التحول العالمي إلى الطاقة المتجددة، مما يوفر بديلا نظيفا ومرتدا للوقود الأحفوري، وتنتج الآن صفائف الفولطية المزودة بالفولطية والموزعة عبر المنشآت السكنية والتجارية والصناعية مئات من أصحاب الكهرباء الجاهزين سنويا، غير أن الأداء الطويل الأجل والقابلية للاستمرار الاقتصادي لهذه النظم يتوقفان بشدة على مدى تأثيرهما على عوامل الإجهاد البيئي التي تؤثر على إنتاجهما التشغيلي.

فهم التحلل المخفف الخفيف

وتشير الشركة إلى انخفاض ناتج الطاقة في الخلية الشمسية أو الوحدة التي تحدث عندما تتعرض لأول مرة لضوء الشمس، وعلى عكس الارتطام التدريجي من التعرض البيئي الطويل الأجل، تظهر هذه الدراية بسرعة، عادة في غضون ساعات عدة إلى أيام من التلقيح، ولا يمكن عكس اتجاه التدهور في ظروف التشغيل العادية ويؤدي إلى انخفاض دائم في الكفاءة، وقد درست هذه الظاهرة على نطاق واسع منذ السبعينات، وظلت تشكل تحدياً مستمراً لصناعة السيليكون.

وتتراوح الخسائر في الطاقة العادية التي تعزى إلى شركة ليدز بين 1 في المائة و 3 في المائة من الطاقة الأولية المقومة لوحدات الوصل بالكورات الكلية القياسية، على الرغم من أن بعض أنواع الخلايا وعمليات التصنيع يمكن أن تشهد خسائر تتجاوز 5 في المائة، وبالنسبة لمزارع الطاقة الشمسية الكبيرة التي تنتج 100 ميغاوات، فإن فقدان الكفاءة بنسبة 3 في المائة يترجم إلى انخفاض كبير في غلة الطاقة السنوية والإيرادات على مدى عمر الأصول البالغة 25-30 سنة، وبالتالي فإن فهم ومراقبة الـنـة الـة الـة الـة الـة الـة

الآلية المادية خلف شركة LID

في مستوى شبه الموصلات، الـ"لي دي" سببه تكوين عيوب تفاعلية في التمرين البلوري، عندما تكون الخلية الشمسية معرضة للضوء، الطاقة من الصور تولد الكولونات الكهربائية، في وفرة عالية، وثقوب النسيج، يتم جمع ناقلات الشحن هذه بكفاءة في وسط الخلايا الكهربائية الخلوية،

أما العيوب الأكثر نشاطاً التي تحمل على عاتق شركة LID فتشمل تفاعل البورون والأكسجين، ويستخدم البورون عادة كنقطة دوبان من نوع PPrystalline silicon wafers، ويُدمج الأوكسجين أثناء عملية النمو البلوري، ولا سيما في شركة Czochralski (Cz) التي تزرع، بينما تشكل الأزواج من طراز BO-O-O-Iever عيوباً مهيمنة.

أنواع التحلل المخفف الخفيف

وفي حين أن مصطلح " BO-LID " هو الأكثر شيوعاً، فإن مصطلح " LID " يشمل عدة مسارات منفصلة للتحلل، ومن المهم تحديد النوع المحدد الذي يؤثر على وحدة معينة لاختيار استراتيجية التخفيف الملائمة.

Bron-Oxygen LID (BO-LID)

(ب) إنّه أكثر أشكال (بي أو إل إي إي إي إي إي إي إي) دراسةً للشركة، ويحدث في نوع (السيلكون) مُنْطَع بالبورون ونمو بواسطة طريقة (كزكرولزسكي) حيث إنّ عائدات التحلل في مرحلتين: أولاً، عنصر سريع يستقر خلال ساعات، وبطء يمكن أن يستغرق أياماً للتشبع، وعادة ما يكون فقدان الطاقة الإجمالي 2.3 في المائة من درجات الحرارة المُعبأة جزئياً.

Iron-Boron LID (Fe-LID)

كما أن التلوث الحديدي هو مصدر مشترك آخر للشركة، لا سيما في الخلايا المصنعة بضوابط أقل صرامة للتنظيف، ويمكن أن تُدخل ذرات الحديد، التي يمكن إدخالها أثناء رعاة الوفير أو تجهيز الخلايا، إلى جانب ذرات الفول في السليكون، وفي ظل الإدراك، فإن زوجين من الرؤوس الحديدية ينفصلان، ويصبح الحديد بين الباد مركزاً عالي الفعالية في تصنيع الفول السوداني.

التحلل الخفيف والمرتفع

وقد تحدث آلية تحلل محددة حديثاً، هي شركة LeTID، عند درجات حرارة مرتفعة (تتجاوز عادة 50 درجة مئوية) وتحت التضليل، وقد لوحظت أولاً في خلايا مرنة ومستقطبة من حيث القدرة على الاتصال من الخلف، ويمكن أن تتسبب شركة LeTID في فقدان الطاقة بنسبة 5-10 في المائة أو أكثر، ويظل السبب الجذري الدقيق لجهاز LeTID قيد التحقيق، ولكن يعتقد أنه ينطوي على عوامل تحول في المحتوى الهيدروجيني والفلزي، والعيوب الهيكلية في عمليات التراكم.

سائل ملوث بالسطح

ولا تقتصر مادة الليدز على الجزء الأكبر من السليكون، كما يمكن أن تحدث التحلل في واجهة النيديكون - السيليكون، ولا سيما في الخلايا التي تُحدث فيها تقلبات سطحية دون الأوتوماتيكية، ويمكن أن يؤدي الضوء إلى تغييرات في حالة الأفلام التغذوية، وتغيير سرعة التحلل الميداني، وزيادة سرعة إعادة التكتل السطحي، وهذه المادة ذات الصلة السطحية أكثر وضوحا في الخلايا ذات السعة النحيلية أو الأقل.

العوامل التي تؤثر على شدة الـ

ويتوقف حجم المعونة الصغيرة في وحدة معينة على عدة عوامل مترابطة، تشمل نوعية المواد، وتصميم الخلايا، وظروف التصنيع.

  • (أ) تركيزات أكسيد النيتروز: ] Wafers grown by the Czochralski method have oxygen concentrations ranging from 5x10]17] to 21018 atoms/cmat
  • Dopant type and concentration:] P-type silicon doped with gallium instead of boron does not form B-O defects and therefore exhibits little to no BO-LID. This has driven growing interest in gallium-doped wafers, though availability and cost remain considerations. Highly do wafers (higher relative resistanceivity) tend to
  • Cell structure:] PERC cells have been particularly susceptible to LeTID due to their higher thermal budgets and hydrogen incorporation during processing. Conversely, advanced structures like heteroction (HJT) or interdigitated back contact (IBC) cells, which use n-type wafers, are largely immune to boron.
  • Manufacturing cleanliness:] Contamination with transition metals such as iron, copper, or nickel during ingot growth, wafering, or cell processing increases the density of metal-related recombination centers, exacerbating Fe-LID and other impurity-driven degradation pathways.
  • Thermal history:] The temperature profile during cell firing, annealing, and lamination influences the activation energy of defect formation. Cells that experience rapid cooling may freeze in a higher concentration of metastable defects, increasing initial LID.

قياس حجم المعونة المحلية

ويعد القياس الدقيق لليد العاملة ضرورياً لوحدات التأهل وتقنيات التخفيف المصادقة، ويعتمد قطاع الصناعة الفولطية الضوئية على بروتوكولات الاختبار الموحدة لوصف التدهور، وأوسع المعايير المرجعية هي المعيار IEC 61215، الذي يتضمن تسلسلاً اختبارياً للتدهور مستحثاً بالضوء (MQT 19).

In practice, LID testing involves measuring the current-voltage (I-V) curve of a module under standard test conditions (STC: 1000 W/m2, 25°C, AM1.5 spectrum) before and after cumulative light exposure. The percentage drop in maximum power (Pmax[Fuit:]) defines the LID magnitude.

ومن المهم ملاحظة أن هذه المادة تختلف عن أساليب التدهور الأخرى مثل التدهور المحتمل، أو تفكيك الخلايا، أو تفكيك الكتف، أو إجراءات التشخيص السليم، بما في ذلك التصوير بالكهرباء والتحليل المظلم للأشعة من نوع I-V، وتساعد على التمييز بين أجهزة التلقيم المميتة من آليات الفشل الأخرى.

Mitigation Techniques for LID

ويتطلب تخفيف عبء الديون عن كاهل الدول النامية نهجا متعدد الجوانب يعالج الممتلكات المادية، وتجهيز الخلايا، وجمع الوحدات، وتشغيل النظم، ولا يلغي أي حل واحد جميع أشكال استخدام الأراضي المحلية، ولكن الإدماج الدقيق للاستراتيجيات المبينة أدناه يمكن أن يقلل من فقدان الطاقة الكلية إلى أقل بكثير من 1 في المائة في الوحدات التجارية الحديثة.

اختيار المواد ونوعية وقودها

أما الطريقة الأكثر مباشرة لخفض مستوى التأثيرات غير المباشرة فهي الاستعاضة عن أنواع الخيوط ذات الصبغة الغليونية ببدائل تفتقر إلى سلائف العيوب من نوع B-O، كما أن نماذج الشوائب من نوع الغاليوم لا تحتوي على أدنى حد من المبيدات السائلة لأن المغاليوم لا يشكل مجمعات مثبتة للترددات مع الأكسجين.

كما أن خفض محتوى الأوكسجين في وورفرات السوائب من خلال تحسين تقنيات النمو البلوري - مثل تطبيق الحقول المغناطيسية أثناء سحب أو تحسين التناوب على نحو أمثل - يقلل أيضاً من كثافة عيوب الجسم البيرفلوري، بينما يوفر السيليكون ذو الزوابق الفلورية، وإن كان باهظاً الثمن، الحل النهائي للتطبيقات الحساسة للأوكسجين، مثل الخلايا الشمسية التي تستخدم في مختبرات المعايرة.

المعالجة المسبقة للتكييف والتجديد

ونظراً لأن الـ دي بي أي بيـن خلال الساعات الأولى من التعرض للضوء، يمكن للمصنّعين أن يستقروا في وحدات التكييف قبل الشحن، وأبسط نهج هو كشف الوحدات النهائية للكشف عن التطهير الخاضع للرقابة (الشمس 1 من 25 إلى 50 درجة مئوية) لمدة 20 ساعة، مما يتيح حدوث التدهور في موقع مصنع بدلاً من في الميدان، وبعد إعادة اختبار نماذج الطاقة وترتيبها، تعكس البيانات الأولية.

طريقة أكثر تقدماً تشمل إعادة توليد الحرق، حيث يتم تضليل الوحدة في درجات حرارة مرتفعة (100-200 درجة مئوية) لعدة دقائق إلى ساعات، فالطاقة الحرارية توفر النشاط اللازم لتحويل عيوب الجسم المميت إلى تشكيل ثابت أقل تفاعلاً، وهذا التجدد لا يزال مستمراً في ظروف التشغيل العادية، ويحول دون حدوث زيادة في التأثيرات السائلة.

مضامين الـدولية المعالجة بالطرق البرية

وتلعب طبقات التبريد السطحي دورا مزدوجا في محطة LID، أولا، تخفض سرعة التكتل السطحي، التي يمكن أن تخفي بعض التدهور في السوائب، ثانيا، بعض الأفلام التغذوية، مثل نيتكون (SiNx) التي يتم إيداعها بواسطة تركيبة الكيماوي الخافضة للاختلال الصنع (PECVD)، تحتوي على الهيدروجين.

وقد تم استكشاف المعاطف المضادة لليد العاملة خصيصاً لمنع تكوين عيوب الـ B-O في بيئات البحوث، وهذه المعاطف تدمج عادة أنواعاً محشوة بشكل إيجابي تعدل ميدان الكهرباء المحلي بالقرب من سطح السيليكون، مما يقلل من تقاطع العيوب، غير أن هذا النهج لا يزال تجريبياً ولم يُنفّذ بعد اعتماد تجاري واسع النطاق.

تجهيز الخلايا وإدارتها الحرارية على النحو الأمثل

فالنظرة الحرارية التي شهدتها الخلية أثناء إطلاق النار والتطهير لها تأثير عميق على السائل المميت، ويمكن للتبريد السريع بعد خطوة الاتصال أن يتجمد في تركيز مرتفع من العيوب القابلة للاستقبال، وبتوسيع منحدر التبريد أو إضافة خلية خاضعة للرقابة عند درجات حرارة متوسطة، يمكن للمصنعين أن يقللوا من الكثافة الأولية لمراكز إعادة التكديس النشطة، وبالمثل، فإن خط التطهير 20 درجة تُعرِف الخلية نحو 150 درجة مئوية.

For LeTID in PERC cells, the hydrogen content in the dielectric layers must be carefully managed. Excess hydrogen can form complexes with metal impurities or grain boundaries that become recombination-active under light and heat. Reducing hydrogen concentration, modifying the fire temperature, or shifting to alternative passivation schemes such as aluminum oxide (Al[F2:T]

استراتيجيات التخفيف على مستوى المنظومة

وعلى مستوى النظام، فإن لدى مصممي النظام ومشغليه خيارات أقل للتخفيف من حدة استخدام الطاقة المتجددة، حيث يحدث التدهور في غضون أيام التركيب، غير أن الممارسات التالية يمكن أن تساعد على التقليل إلى أدنى حد من الأثر:

  • Over-specifying module ratings:] Procurement specifications can require modules to be pre-conditioned or rated based on stabled (post-LID) power. This ensures that the array delivers its expected energy yield from day one, without relying on an initial power bonus that disappears after LID.
  • Controlled commissioning:] For large systems, staggering the connection of inverters or using curtailment during the first few days of operation can reduce the rate of defect formation by limiting the current load. However, this strategy has limited practical benefit because LID depends on illumination, not load.
  • Selective module placement:] In some cases, modules with high LID potential can be placed in less critical positions on the array, reserving the highest-performance positions for instalment modules. This approach requires per-module I-V characterization and is more feasible in small to medium installations.
  • نظام رصد متقدم يتتبع منحنىات من المستوى الأول إلى مستوى الوحدة أو معدلات الأداء على مستوى الخيوط يمكن أن يكشف عن الايدز في الأسابيع الأولى من التشغيل، ويمكن لأصحاب الأصول أن يطالبوا بالتغطية الضمنية إذا تجاوز التدهور الحدود المحددة للصانع، وعادة ما تضمن الوحدات الحديثة تحقيق الاستقرار في الحسابات الأولية بنسبة 97 في المائة من الحسابات الاسمية.

معايير الصناعة وبروتوكولات الاختبار

الجماعه الدوليه للفولطى وضعت معايير اختبار صارمة لتحديد كمية الايدز و ضمان أن الوحدات تفي بضمانات الأداء

وبالإضافة إلى الـ 62115 من الـ IEC، فإن National Renewable Energy Laboratory (NREL)) ومنظمات بحث أخرى قد وضعت بروتوكولات متخصصة لقياس الـ LID في الخلايا والنماذج الصغيرة، وكثيرا ما تتضمن هذه البروتوكولات قياسات مدى الحياة التي تستخدمها ناقلات الأقليات باستخدام تقنيات مثل إنتاج الصور شبه الثابتة أو أدوات قياس الموجات الدقيقة.

وبالنسبة إلى شركة LeTID، فإن بروتوكول الاختبار أكثر صعوبة لأن التدهور يتطلب درجة حرارة خفيفة ودرجة حرارة مرتفعة على حد سواء، وتصف الورقة التقنية التقنية ((FLT:0)) المتعلقة بشركة LeTID ) تسلسلاً معدلاً للاختبار يشمل التعرض الموسَّع عند 75 درجة مئوية تحت إشراق الشمس، ولا يزال المعيار يتطور، ويتزايد الطلب على الجهات المصنعة تقديم بيانات وصفية في إطار مجموعات البيانات.

المستقبل

(العملية الفولطية) التي تُقدّم إلى شركة (ل.د) تطورت بشكل كبير خلال العقد الماضي، في عام 2010، فقدت معظم الوحدات التجارية طاقتها إلى (بي-إي-آي-إيه) خلال الأيام القليلة الأولى من التشغيل، واليوم بفضل اعتماد مواسير الغليون على نطاق واسع، وتحسّن نمو الكريستالات في الـ (سي-زي) وتجديد الوحدات الأفضل في الاختبارات

ومع ذلك، لا تزال هناك تحديات جديدة، ولا تزال شركة ليت إيه تشغل بال خلايا المركبات الفضائية، ولا سيما في المناخات الساخنة، ويحقق الباحثون بنشاط في دور الهيدروجين، والأوراق المعدنية، وظروف إطلاق النار، كما أن وضع نماذج التنبؤ التي يمكن أن تقدر البيوتادايين السداسيين والصغيرة الحجم استناداً إلى معايير تصميم الخلايا وبيانات التصنيع، هو مجال نشط للبحث.

وعلى مستوى الوحدات، يمكن للتقدم المحرز في المواد المكبسة وختم الحواف أن يقلل من التجاوزات، مما يزيد من حدة الارتحال إلى البيوت وغيرها من أشكال التدهور، كما أن تحسين المواد التي تحمل لوحات مائية منخفضة معدلات انتقال البخار واعتماد وحدات نظيفة الزجاج مفيدة للاستقرار الطويل الأجل.

وأخيراً، فإن تقنيات القياس الجديدة مثل التصوير الضوئي والتصنيف الضوئي المُحلّى زمنياً تتيح تحديداً أسرع وغير تدميري لليد العاملة في الوحدات النهائية، ويمكن نشر هذه الأدوات في خطوط الإنتاج لتوفير التغذية المرتدة في الوقت الحقيقي بشأن فعالية عمليات التخفيف، مما يتيح للمصنعين تعديل البارامترات بصورة دينامية والحد من النفايات.

خاتمة

إن التحلل الخفيف يشكل تحدياً مفهوماً جيداً ولكنه مستمر في صناعة الطاقة الشمسية، ويقلل من الناتج الأولي للطاقة من وحدات السيليكون البلوري بنسبة 1.3 في المائة أو أكثر، مما يؤثر على اقتصاديات المنشآت الشمسية على دورة حياتها الكاملة، وقد أدى تكوين الأسباب الجذرية - الأثر المتأصل في الصلصة بسبب التفاعل بين المهابط والأكسجين والأوراق - إلى وضع نموذج متقن للتصنيع، وإلى إيجاد أساليب متطورة للتخفيف من آثاره.

ومع استمرار الصناعة في الانتقال إلى البنيانات الناعمة والتصميمات الخلوية ذات الكفاءة العالية، ستتطور آليات التحلل المحددة، ولكن المبدأ يظل كما يلي: التحكم في نقاء السيليكون وتاريخه الحراري، بالاقتران مع العمليات الذكية على مستوى المصنع، وضمان أن تحقق الصفوف الشمسية أداءها المصنف على أساس موثوق به منذ عقود، وبالنسبة لمالكي النظام ومطوري الطاقة، مما يصر على تحقيق الامتثال لنموذجي فعال من حيث التكلفة.