ההשפעות של דידרגציה מושרה אור ב-Surrys ו- Mitigation Techniques

אנרגיית השמש הפכה אבן הפינה של המעבר העולמי לאנרגיה מתחדשת, המציעה אלטרנטיבה נקייה, מדרגית לדלקים מאובנים. ⁇ Photovoltaic (PV) המשתרעים על פני מתקני מגורים, מסחריים ומסחריים בהיקף נרחב, מייצרת כיום מאות ג'יגהוואט של חשמל מדי שנה.עם זאת, הביצועים ארוכי טווח וכדאיות הכלכלית של מערכות אלה תלויים במידה רבה בנוגע ללחצים סביבתיים על פני החיים התפעוליים שלהם.

הבנה של אור-חינוך מחדש (LID)

LID מתייחס לירידה בתפוקה של תא סולארי או מודול המתרחש כאשר הוא נחשף לראשונה לשמש.בניגוד ללבוש הדרגתי מחשיפה סביבתית לטווח ארוך, LID מתגלה במהירות, בדרך כלל בתוך מספר השעות הראשונות עד ימים של תאורה.ההשפלה אינה ניתנת לניתוק בתנאים רגילים הפעלה ותוצאות לירידה קבועה ביעילות.

אובדן הכוח האופייני ל-LID נע בין 1% ל-3% מהכוח הראשוני בדירוג עבור מודולים סטנדרטיים של מונוקריסטלליין, אם כי סוגים תאים ותהליכי ייצור יכולים לחוות הפסדים מעל 5%.עבור חווה סולארית גדולה המייצרת 100 מגהוואט, אובדן יעילות של 3% מתורגם לירידה משמעותית בתשואות אנרגיה שנתיות והכנסות על פני חיי השנה ה-25-30 של הנכס.

מכניזם פיזי מאחורי LID

ברמת המוליכים למחצה, LID נגרמת על ידי היווצרות של פגמים תגובתיים בתוך סיליקון קריסטל סיליקון סיליקון סיליקון סיליקון סיליקון צמיגים. כאשר תא סולארי נחשף לאור, האנרגיה מ photons מייצרת זוגות חור אלקטרוני.ב אטומי טהור מאוד, מגובה היטב סיליקון wfer, אלה ספקים המטען נאספים ביעילות באלקטרודות של התא.

הפגם המופקד ביותר עבור LID כולל אינטראקציה של בורון וחמצן. Boron משמש בדרך כלל כ p-type dopant במונו-קריסטל הסיליקון wfers, וחמצן משולב במהלך תהליך הצמיחה גבישי, במיוחד ב Czochralski (Cz) גדל בגוטים אור.

סוגים של אור-חינוך

בעוד BO-LID הוא הנפוץ ביותר, המונח LID כולל מספר מסלולים שונים של השפלה.זיהוי הסוג הספציפי המשפיע על מודול נתון חשוב לבחירת אסטרטגיית הפחתת המתאים.

Boron-Oxygen LID (BO-LID)

BO-LID הוא הצורה המלומדת ביותר של LID. זה מתרחש ב p-type סיליקון wfers doped עם בורון וגודל על ידי שיטת Czochralski.ההההההההההההשפל בשני שלבים: ראשית, מרכיב מהיר המייצב בתוך שעות, ומרכיב איטי שיכול לקחת ימים כדי ליישב.

Iron-Boron LID (Fe-LID)

זיהום ברזל הוא מקור נפוץ נוסף של LID, במיוחד תאים המיוצרים עם פחות מנגנוני ניקוי מחמירים.אטומי ברזל, אשר עשוי להיות מוצג במהלך ייבוש ראה או עיבוד תאים, יכול להיות זוג עם אטומים בורון בסיליקון p-type.תחת תאורה, זוגות ברזל-בורון זוגות dissociate, ואת ברזל interstitial הופך למרכז רקומבינרציה יעיל מאוד.

אור וטמפרטורה אלבומה (LeTID)

מנגנון השפלה מזוהה יותר לאחרונה, LeTID, מתרחשת בטמפרטורות גבוהות (בדרך כלל מעל 50 מעלות צלזיוס) ובהנחה. First נצפה בתאי פולטים ומגע אחוריים (PERC), LeTID יכול לגרום להפסדים של 5-10% או יותר.השורש המדויק של LeTID נשאר תחת חקירה, אך הוא נחשב לערב מימן, מוטציות מבניות, ופגמים מבניים בסיליקון, כי לא ניתן לעכב את התהליכים של ליקועון או לעיכובים מסורתיים, כי הם עלולים, כי הם עלולים, לאחר שנים לאחר מכן, כי הם עלולים, כי הם עלולים להיות מעכבים, או יותר, כי הם עלולים, כי הם עלולים להיות מעכבים, כי הם עלולים, כי הם מעכבים להיות מעכבים, בשל לחץ דם, בשל לחץ דם, בשל תופעות לוואי, בשל תופעות לוואי של חומר זה לא ניתן לעכב, בשל לחץ דם איטי, בשל תופעות לוואי של תאים מתכתיים, בשל תופעות לוואי של תאים מתכתיים, בשל תופעות לוואי של דלקתיים, בשל תופעות לוואי של חומר זה לא ניתן לעכב, בשל תופעות לוואי של חומר זהה, בשל תופעות לוואי של חומר זה לא ניתן לעכב, בשל תופעות לוואי של חומר זה, כי הם עלולים, כי הם עלולים, כימות מתכתיחות

LID אינו מוגבל להיקף הסיליקון.הההדה יכולה להתרחש גם בממשק סיליקון-סיליון ניטריד, במיוחד בתאים עם מעבר משטח תת-אופטימי. אור יכול לגרום לשינויים במצב הטעינה של סרטים דיאלקטריים, שינוי המעבר האפקטיבית ולהגדיל את מהירות ההחלמה של פני השטח.זה LID קשור פני השטח הוא יותר בולט תאים עם פחות או יעיל של תאים יכול להיות פחות יעיל של תרכובת ואפקטיביות של תופעות לוואי של השבר יכול להיות.

גורמים המשפיעים על מספר

גודלו של LID במודול נתון תלוי במספר גורמים הקשורים, המשתרעים על איכות חומרית, עיצוב תאים ותנאי ייצור.

  • (ב) [ה] ריכוז:0 [xygen ריכוז:]5FLT:1 [=====5] ⁇ ] ⁇ [=][דרוש מקור]]] ל[217]=2173] ל-2×1003317318033] מ"מ"ל:5 אטומים/3 ס"מ גבוהים יותר מגבירים את צפיפותם של פגמים B-O ו-Bo-F-D-Fly-Fal-Fal-Fal-Fal-Flower (החומרים) הוא רק לעתים רחוקות יותר, אך ורק ל-Flydcal-Flydr-Fly) הוא רק יותר, אך ורק ל-Fly C-Flydrli-Flydrli-Flydr-Fly C.
  • (FLT:0) Dopant type and ריכוז:FLT:1 P-type סיליקון עם גליום במקום בורון אינו יוצר פגמים B-O ולכן מציג מעט לא BO-LID. זה הוביל עניין גובר בגלימות מוגזמות, אם כי זמינות ועלויות נשאר שיקולים.
  • (FLT:0Cellאדריכלות:0) תאי PERC רגישים במיוחד ל-LeTID בשל התקציבים התרמיים הגבוהים יותר שלהם ושילוב מימן במהלך עיבוד.converse, ארכיטקטורות מתקדמות כמו heterojunction (HJT) או אינטראקציה אחורית (IBC) תאים המשמשים מטושטשים מסוג n-type, הם חסינים במידה רבה על ידי חיסון ל-Bron-LID.
  • (FLT:0) ייצור ניקיון: FIRLT:1) זיהום עם מתכות מעבר כגון ברזל, נחושת, או ניקל במהלך צמיחה לא רצויה, מתפתל, או עיבוד תאים מגביר את צפיפות מרכזי השיקום הקשורים למתכת, החמיר את Fe-LID ונתיבים אחרים מונעים על ידי נחיתות.
  • (FLT:0) היסטוריה של ראטמאל: 1) פרופיל הטמפרטורה במהלך הירי התא, אנמנלינג, וההבחנה משפיע על אנרגיית ההפעלה של היווצרות פגם. תאים שחוו קירור מהיר עלולים להקפיא ריכוז גבוה יותר של פגמים מטבוליים, הגדלת LID הראשונית.

אזהרות והגדרה

מדידה מדויקת של LID היא חיונית עבור מודולים זכאים ואימות טכניקות הקטנת.תעשיית photovoltaic מסתמכת על פרוטוקולי בדיקה סטנדרטיים לאפיין השפלה.הסטנדרט הנזכר ביותר הוא IEC 61215, הכולל רצף מבחן הקלה המושרה אור (MQT 19). זה חושף מודולים לאמצעי irradiance וטמפרטורות מוגדרים ופרופיל הכוח לפני החשיפה.

(הופנה מהדף LID Testing כולל מדידת עקומת ה-I-V) של מודול בתנאים סטנדרטיים (STC: 1000 W/m2, 25°C, AM1.5) לפני ואחרי חשיפה לאור מצטברת.הירידה באחוז במגפיפות מקסימלית (PreaFLT:0maxFLT:1) מגדירה את גודל המחקר, מבוקרת, שימוש ב- LED או xencitrated) כדי לספק פרמטרים של מחזור חיים קצר (Ficerligicerative) כגון: 4FLC)

חשוב לציין כי LID הוא נבדל מצורות השפלה אחרות כגון השפלה הנגרמת פוטנציאלית (PID), סדקים תאים, או ניתוק חסר שליטה. הליכים אבחון נאות, כולל הדמיה אלקטרו-מיידית וניתוח I-V הכהה, לעזור להבדיל LID ממנגנוני כישלונות אחרים אלה.

טכניקות ל-LID

Mitigating LID דורש גישה רב-מכוונת כי מטפל תכונות חומריות, עיבוד תאים, הרכב מודול ותפעול מערכת.שום פתרון יחיד לא מבטל את כל צורות של LID, אבל שילוב זהיר של האסטרטגיות המתוארות להלן יכול להפחית את אובדן הכוח הכולל עד 1% במודולים המסחריים המודרניים.

בחירת חומרים ושוויון איכות

הדרך הישירה ביותר להפחית את BO-LID היא להחליף את p-doped p-type Cz wfers עם חלופות כי חסר B-O פגם מבשר. Gallium-do p-dop wfers להראות מינימלי LID כי הרייום אינו מהווה יעילות אור ביצועים ביצועים ביצועים מתקדמים עם חמצן.

צמצום התוכן חמצן ב Cz wfers באמצעות טכניקות צמיחה גבישיות משופרות - כגון החלת שדות מגנטיים במהלך משיכת או אופטימיזציה של סיבוב בלתי אפשרי - גם מפחית את צפיפות של B-O פגמים. Float-zoneסיליקון, בעוד יקר, מספק את הפתרון האולטימטיבי עבור יישומים רגישים חמצן, כגון תאים סולאריים ברמה חלל או תאים התייחסות המשמשים במעבדות calibration.

טיפול טרום-המשך והתחדשות

מכיוון ש-LID מגלה במהלך השעות הראשונות של חשיפה לאור, יצרנים יכולים לקבוע מראש מודולים לייצב את הפגמים לפני המשלוח.הגישה הפשוטה ביותר היא לחשוף מודולים גמורים להארה מבוקרת (בדרך כלל 1 שמש ב 25-50 מעלות צלזיוס) במשך 20-50 שעות, ומאפשרת להידרדרות להתרחש בהגדרה במפעל ולא בשדה.לאחר תנאי מוקדם זה, המודולים הם נבדקים מחדש ומסוגים, והופכים את הנתונים הייצוב במקום לייצבים.

שיטה מתקדמת יותר כרוכה בהתחדשות של annealing, שבו המודול מואר בטמפרטורות גבוהות (100-200 מעלות צלזיוס) במשך כמה דקות עד שעות.האנרגיה התרמית מספקת את ההפעלה הדרושה כדי להפוך את הפגמים B-O מטבול לתוך יציבה, פחות-recombination-active תצורה.ההתחדשות הזו נמשכת בתנאים הפעלה רגילים, מניעת התחדשות נוספת כבר מסחרית בהצלחה על ידי כמה יצרנים תאים מובילים ועלולים להפחית את ה-L-TD פחות מ-T.

טיפול נגד-LID ו- Surface Treatments

שכבות מעבר משטח לשחק תפקיד כפול ב LID. First, הם להפחית את מהירות הגומלין של פני השטח, אשר יכול להסוות קצת השפלה. השני, סרטים דיאלקטריים מסוימים, כגון סיליקון nitride (SiNNIRFLT:0xuaFLT:1) מופקד על ידי פלזמה-enhanced כימי vapor deposition (PVD), מכילים מימן יכול לטבול לתוך נפח של מימן ולהפחית את הסיליקון תלוי לאחר מכן, כולל את ההשפעות של סיליקון-Oreative-reative-reatives.

ציפויים אנטי-LID נועדו במיוחד לעכב את היווצרות פגמים B-O נחקרו בהגדרות מחקר. ציפויים אלה בדרך כלל משלבים מינים טעונים חיובי שמשנים את השדה החשמלי המקומי ליד פני השטח הסיליקון, תוך צמצום החלקה הלוכדת של הפגם.

עיבוד תאים אופטימיזציה וניהול ה-thermal

הפרופיל התרמי שחווה התא במהלך הירי וההבחנה יש השפעה עמוקה על LID. Rapid קירור לאחר שלב האשפה מגע יכול להקפיא ריכוז גבוה של פגמים metastable. על ידי הרחבת הרציף הקירור או הוספת מחט מבוקר בטמפרטורות ביניים, יצרנים יכולים להפחית את צפיפות ראשונית של מרכזי שיקום פעילים.

(ל) לתאי PERC, התוכן המימן בשכבות דיאלקטריות חייב להיות מנוהל בקפידה.יתר מימן יכול ליצור קומפלקסים עם זיהומים מתכת או גבולות דגנים שהופכים לפעילים מחדש תחת אור וחום. Reducing ריכוז מימן, שינוי טמפרטורת האש, או מעבר לתכניות חלופיות להחלפה כגון תחמוצת אלומיניום (אלפל:02LT3Frea:2Fread:1O3FIR) להפחתה של 3T3T3.

אסטרטגיות להורדת System-Level Mitigation

ברמת המערכת, מעצבי המערכת ומפעילי המערכת יש פחות אפשרויות לצמצום LID, שכן ההשפלה מתרחשת בתוך ימים של ההתקנה.

  • (FLT:0) דירוגים מודולים:FLT:1 מפרטים של Procurement יכולים לדרוש מודולים להיות מותנים מראש או מדורג על בסיס כוח ייצוב (פוסט-LID) זה מבטיח כי המערך מספק את התשואות האנרגיה הצפויות שלו מיום אחד, מבלי להסתמך על בונוס ראשוני של כוח נעלם לאחר LID.
  • (FLT:0)הועדה:FLT:1 עבור מערכות גדולות, פיזור הקשר של מופנים או שימוש בצמצום במהלך הימים הראשונים של המבצע יכול להפחית את שיעור היווצרות הפגם על ידי הגבלת העומס הנוכחי.עם זאת, אסטרטגיה זו יש תועלת מעשית מוגבלת כי LID תלויה בהארה, לא עומס.
  • (FLT:0) מיקום מודולי:FLT:1eur במקרים מסוימים, מודולים עם פוטנציאל LID גבוה ניתן להציב במיקומים פחות קריטיים על המערך, שמירה על המיקומים הגבוהים ביותר עבור מודולים פרימיום. גישה זו דורשת התאמה I-V גבוהה והוא יותר אפשרי בהתקנה קטנה עד בינונית.
  • (FLT:0) מנגנוני ניטור מתקדמים של I-V ברמת המודול או יחסי ביצועים ברמה המחרוזת יכולים לזהות LID בשבועות הראשונים של המבצע, בעלי נכסים יכולים לטעון כיסוי אחריות אם ההידרדרות עולה על הגבולות המפורטים של היצרן.

תקני תעשייה ופרוטוקולים של בדיקות

הקהילה הבינלאומית פוטו-וולטאית ביססה סטנדרטים קפדניים לבדיקת ה-LID ולהבטיח כי המודולים עומדים בערבויות ביצועים.הסטנדרט הרלוונטי ביותר הוא FLT:0IEC 61215:20213FLT:1, "מודולים פוטו-וולטאיים (PV) - הסמכה עיצוב ואישור מסוג זה", הכולל בדיקת ירידה לאור (MQT 19) דורש חשיפה לחשיפה מקסימלית ל- 50 מעלות צלזיוס לאחר ה-2C2 נמדדת ו- iR2C2 (כלומר, לאחר ה- ID) הוא 502C) של , ו-C2C2C, ו-V2C, לאחר ה- ID2C, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, בין ה- V2C, כלומר, כלומר, בין ה-V2C, בין ה- Irr, בין ה- IR, כלומר, בין ה- VV2C, בין ה-IQ2, בין ה- VAR, בין ה- VIC VIC VIC VAR, בין ה-IQ2, בין ה-V2, לבין מבחן החשיפה המומדד, לבין תקן של דגם ה- 502C, ה- 502C, ה- 502C

בנוסף ל-IEC 61215, המעבדה הלאומית לאנרגיה מתחדשת (NREL)IEC 61215, וארגוני מחקר אחרים פיתחו פרוטוקולים מיוחדים למדידת LID בתאים ובמודולים קטנים.פרוטוקולים אלה כוללים לעתים קרובות מדידות של נושאות מיעוט באמצעות טכניקות כגון מוליכים למחצה של מערכת צילום (QSSPC) או קרישת מיקרו-מוליכים (microconductance) כדי לספק אמצעי מדידה ישירים של חומרים למולקולות (PCD).

עבור LeTID, פרוטוקול הבדיקה מאתגר יותר מכיוון שההשפלה דורשת גם טמפרטורה קלה וגם גבוהה.הנייר הטכני של LeTIDFLT:1 , מתאר רצף בדיקה שונה הכולל חשיפה מורחבת ב-75 מעלות צלזיוס תחת תאורה אחת.הסטנדרט עדיין מתפתח, ויצרנים נדרשים יותר ויותר לספק נתונים ל-LeTIDization כחלק מגלי נתונים.

מחקר חדש ו- Onמתמשכים

תגובת התעשייה הפוטווולטאית ל-LID התפתחה באופן משמעותי בעשור האחרון.ב-2010, רוב המודולים המסחריים איבדו 23% מכוחם ל- BO-LID בתוך הימים הראשונים של המבצע כיום, הודות לאימוץ נרחב של גליום-דופרפרפר, שיפור צמיחת Cz, והתחדשות פרויקט מודולים הטובים ביותר מסוג LID מתחת ל-0.5% משינויי תאים אלה, כולל שיפור של ILTFID, הוא מעל ל-FID, כך שמצופה מ- 20.

עם זאת, אתגרים חדשים ממשיכים להופיע.ל-TID נותר דאגה לתאי PERC, במיוחד באקלים חם, וחוקרים חוקרים חוקרים באופן פעיל את התפקיד של מימן, מוטציות מתכת, ותנאי ירי.הפיתוח של מודלים חיזוי שיכולים להעריך LID ול-TID בהתבסס על פרמטרים עיצוב תאים ונתונים ייצור הוא תחום פעיל של מחקר.מכונה למידה מאומנת על נתונים גדולים של IV-V עקומות והבטחות חיים לתאים משולבים לפני שהם משולבים במודולים פוטנציאליים.

ברמת המודול, ההתקדמות בחומרי התעלות וחסימה יכולה להפחית את הלחות בתוקפנות, אשר להחמיר את LeTID וצורות אחרות של השפלה.שיפור חומרי גליון אחוריים עם שיעורי שידור מים נמוכים (WVTR) ואימוץ בניית מודול זכוכית זכוכית הם גם מועיל ליציבות ארוכת טווח.

לבסוף, טכניקות מדידה חדשות כגון הדמיה (PLluminescence) הדמיה וזמן-resolved photoluminescence (TRPL) מאפשרות אפיון מהיר יותר, לא הרסני של LID במודולים גמורים.כלים אלה יכולים להיות פרוסים בקווי ייצור כדי לספק משוב בזמן אמת על יעילות של תהליכי הקטנת, המאפשרים יצרנים להתאים פרמטרים דינמיים ולהפחית פסולת.

מסקנה

דידרציה אור-מעורכת היא אתגר מתמשך אך מתמשך בתעשיית האנרגיה הסולארית.זה מפחית את תפוקת הכוח הראשונית של מודולי סיליקון גבישיים על ידי 1-3% או יותר, המשפיע על הכלכלה של מתקנים סולאריים על מחזור החיים המלא שלהם.השורש גורם - היווצרות מנקה בפח הסיליקון בשל אינטראקציות בין dopants, חמצן, וזיהומים - עכשיו מאופיינת ביסודיות, כלי עזר, עיצוב מתמשך, הוא צמצום של טכניקות קידוד מודרני, עיצוב.

בעוד התעשייה ממשיכה את המעבר שלה לאדריכלות מסוג N-type ועיצובים תאים בעלי יעילות גבוהה יותר, מנגנוני ההשפלה הספציפיים יפתחו, אבל העיקרון נשאר זהה: שליטה על ההיסטוריה הטוהרת והרמיבית של סיליקון, בשילוב עם תהליכים בעלי רמת מפעלים אינטליגנטית, מבטיחה כי מערך השמש יספק את הביצועים הדרגתיים שלהם באופן אמין עבור בעלי מערכת ומפתחים, תוך שמירה על ההשקעה על מודולים LID-מאומתים עם כוח מייצב, ולוודא כיבוד מחדש דרך בדיקות אנרגיה ארוכות טווח, הוא בטוח, הוא הגנה על עלויות לטווח ארוך טווח, הוא בטוח על עלויות לטווח ארוך יעיל על פני טווח, על עלויות אנרגיה יעילה על פני טווח, על פני טווח, שמירה על פני טווח על פני טווח על עלויות אנרגיה יעילה על פני שנים.