Cette méthode peut aider à répondre à des questions clés sur la fiabilité du photovoltaïque, sur l’effet combiné de l’éclairage, des charges électriques, de l’humidité et de la température. Par rapport aux tests standard de fiabilité non-stress, cette méthode présente les avantages suivants : exposition aux contraintes combinées, temps de test réduit et surveillance des performances en temps réel de l’appareil. La combinaison de contraintes peut être réglée pour simuler le climat local, comme les conditions polaires et désertiques.
Les biais électriques peuvent être réglés pour simuler des effets tels que l’ombrage personnel. La mesure des performances en temps réel permet des tests plus rapides et plus simples. Il nous apprend beaucoup sur le processus de dégradation et il permet une meilleure prédiction ou la prévention des mécanismes de dégradation qui se produisent dans les dispositifs.
Hank Steijvers, Klaas Bakker et Karolien Saliou, tous de Solliance, feront la démonstration de la procédure. Pour commencer la procédure, déposez 0,5 microns de molybdène sur un substrat en verre de chaux de soude par revêtement de pulvérisation à courant direct dans une séquence de pile de bicouches. Ensuite, utilisez une solution d’hydroxyde de sodium uni molaire et de ferrocyanure de potassium 0,3 molaire pour graver électrochimiquement une bande de six millimètres de large dans le molybdène au bord d’un long côté.
Ensuite, déposez une couche d’absorbeur CIGS épaisse de deux microns par coévaporation dans une chambre à vide sous une atmosphère de cuivre, d’indium, de gallium et de sélénium. Déposez ensuite 50 nanomètres de sulfure de cadmium sur l’échantillon par dépôt chimique de bain. Utilisez le pulvérisation de radiofréquence pour déposer 50 à 65 nanomètres d’oxyde de zinc intrinsèque et 80 à 1000 nanomètres d’oxyde de zinc dopé à l’aluminium sur l’échantillon.
Ensuite, utilisez une lame pour enlever les quatre couches supérieures dans une bande de 14 millimètres de large sur le long bord non gravé de l’échantillon, laissant le contact arrière molybdène intact. Centrez un masque sur l’échantillon et pulvérisez les bords de l’échantillon avec 60 nanomètres d’or pour former les contacts, puis utilisez un coupe-verre ou un stylo diamant pour couper l’échantillon en morceaux de sept millimètres de large, formant ainsi des échantillons avec des surfaces cellulaires de sept millimètres par cinq millimètres. Vous pouvez tester n’importe quel appareil que vous voulez, n’importe quelle cellule solaire, n’importe quel module, tant que vous pouvez les contacter d’une manière fiable.
Cela nécessite des contacts faits de matériaux stables comme l’or. Sinon, vous pouvez tester la stabilité de vos contacts au lieu de vos appareils. Ensuite, mesurez les performances de tension actuelle ex situ des cellules solaires de l’échantillon dans des conditions standard dans une configuration de sonde à quatre points.
Ensuite, placez un échantillon sous un dispositif de thermographie verrouillée avec éclairage IR et une lentille ir de 15 microns. Illuminez l’échantillon et cartographiez les différences spatiales de température. Utilisez-le pour identifier les échantillons utiles et mauvais.
Après cela, placez l’échantillon sous un instrument de cartographie de photoluminescence avec une LED de haute puissance et enregistrez une image de photoluminescence spatiale. Vous devez également utiliser plusieurs autres techniques d’analyse, y compris l’électroluminescence, la spectrophotoluminescence, les mesures externes de l’efficacité quantique et la microscopie. Sur la base de ces mesures avant et après les expositions, les mécanismes de dégradation peuvent être déterminés et liés aux propriétés pré-exposition.
Évaluez chaque échantillon pour les défauts visuels et laraux de cette façon. Conservez au moins deux échantillons non adjacents dans une boîte à gants remplie d’argon comme références. Montez les cellules solaires non référencées dans les porte-échantillons qui ne projettez aucune ombre sur les cellules.
Assurez-vous que les broches de mesure des supports communiquent avec les contacts or avant et arrière des échantillons. Placez les porte-échantillons sur le support d’échantillon de la configuration CSI pour permettre le contact électrique entre les cellules solaires et les outils de mesure. Connectez les thermocouples aux échantillons.
Placez le support d’échantillon pour l’éclairage par une source de lumière de masse d’air 1.5, puis allumez l’équipement de mesure, les charges électriques, et l’ordinateur de commande. Ouvrez le logiciel d’enregistrement des mesures pour para para para paracher les instruments, puis concevez des profils d’éclairage pour les mesures. Ensuite, remplissez les informations de l’échantillon et sélectionnez le thermocouple lié pour chaque position de l’échantillon.
Ensuite, réglez la tension initiale, la tension finale et le nombre d’étapes pour les mesures de tension actuelles. Définissez les emplacements d’autosave pour les données de tension actuelles. Définissez les biais électriques pour les échantillons si désiré.
Ensuite, créez une séquence de mesure et ajoutez les emplacements d’échantillon appropriés. Réglez le temps d’attente entre les séquences dans la fenêtre de mesure automatique, suivi d’une augmentation rapide à 85% d’humidité relative, puis démarrez la séquence de chambre climatique, allumez l’éclairage, passez à la fenêtre de surveillance et commencez à enregistrer les mesures de tension actuelles. Surveillez la température de la chambre et de l’échantillon pendant la rampe jusqu’à 85 degrés Celsius.
Confirmez que les paramètres électriques sont en cours d’engorgés et que des courbes de tension actuelles sont générées. Une fois que la chambre atteint 85 degrés Celsius, confirmez que l’humidité de la chambre augmente à 85%Notez que c’est l’heure de départ de l’expérience de dégradation. Laissez les échantillons dans l’instrument pendant des centaines à des milliers d’heures, en mesurant les courbes de tension actuelles toutes les cinq à dix minutes.
Ajustez les biais électriques appliqués aux échantillons pendant l’expérience comme vous le souhaitez. À la fin de l’expérience, laisser refroidir la chambre à température ambiante pendant plusieurs heures avant d’enlever les échantillons. Tracez les changements dans les paramètres électriques en fonction du temps d’exposition.
Retirez les échantillons froids de la chambre et répétez rapidement les mesures ex situ. Exécutez toutes les mesures utilisées avant l’exposition. Ensuite, caractérisez les échantillons dégradés et de référence avec la diffraction des rayons X, la spectroscopie de masse ionique secondaire, la microscopie électronique à balayage, sem, spectroscopie photoélectron à rayons X, et d’autres techniques pour étudier davantage les mécanismes d’échec.
Dans cet exemple, les données enregistrées au cours de la rampe de température avant les expériences de dégradation des cellules solaires cigs ont montré que la tension du circuit ouvert variait en fonction de la température. Ces cellules solaires CIGS se sont dégradées en efficacité lorsqu’elles sont simultanément exposées à la lumière, à la chaleur et à l’humidité. Une dégradation minimale a été observée lorsque les cellules solaires ont été exposées à la chaleur sèche et à la lumière.
Ici, une basse tension de biais négatif a eu un effet plus négatif sur la stabilité des cellules solaires CIGS que le court-circuit, le circuit ouvert ou les conditions maximales de point de puissance dans la chaleur et la lumière humides. Un ensemble de cellules solaires CIGS fabriquées avec une teneur élevée en sodium et en potassium a d’abord montré des efficacités élevées lorsqu’elles sont éclairées par une chaleur humide, mais elles se dégradent plus rapidement que les cellules standard. Cependant, les cellules fabriquées avec le contenu bas d’alcalin sont restées relativement stables dans les mêmes conditions.
Une analyse plus poussée a révélé une forte diminution correspondante de la résistance au shunt des cellules riches en alcalins, qui a été attribuée à la migration du sodium. À la suite de ces résultats, les appareils doivent être analysés à nouveau à fond. Sur la base de ces résultats, les mécanismes de dégradation de l’appareil peuvent être déterminés.
Cette technique permet également de déterminer le comportement de dégradation des modules grandeur nature.
