Questo metodo può aiutare a rispondere a domande chiave sull'affidabilità del fotovoltaico, sull'effetto combinato di illuminazione, carichi elettrici, umidità e temperatura. Rispetto ai test standard di affidabilità non di stress, questo metodo presenta i seguenti vantaggi: esposizione a sollecitazioni combinate, tempi di test ridotti e monitoraggio delle prestazioni in tempo reale del dispositivo. La combinazione di sollecitazioni può essere messa a punto per simulare il clima locale, come le condizioni polari e desertiche.
I pregiudizi elettrici possono essere sintonizzati per simulare effetti come l'ombreggiatura personale. La misurazione delle prestazioni in tempo reale consente test più veloci e semplici. Ci apprende molto sul processo di degrado e consente una migliore previsione o prevenzione dei meccanismi di degradazione che si verificano nei dispositivi.
A dimostrare la procedura saranno Hank Steijvers, Klaas Bakker e Karolien Saliou, tutti di Solliance. Per iniziare la procedura, depositare 0,5 micron di molibdeno su un substrato di vetro di calce soda mediante rivestimento dello sputter a corrente continua in una sequenza di stack bistrato. Quindi, utilizzare una soluzione di idrossido di sodio un molare e ferrocianuro di potassio 0,3 molare per incidere elettrochimicamente una striscia larga sei millimetri nel molibdeno sul bordo di un lato lungo.
Successivamente, depositare uno strato assorbitore CIGS spesso due micron coevaporazione in una camera a vuoto sotto un'atmosfera di rame, indio, gallio e selenio. Quindi depositare 50 nanometri di solfuro di cadmio sul campione mediante deposizione chimica del bagno. Utilizzare lo sputtering a radiofrequenza per depositare 50-65 nanometri di ossido di zinco intrinseco e da 80 a 1.000 nanometri di ossido di zinco drogato di alluminio sul campione.
Successivamente, utilizzare una lama per rimuovere i primi quattro strati in una striscia larga 14 millimetri sul bordo lungo non inciso del campione, lasciando intatto il contatto posteriore del molibdeno. Centrare una maschera sul campione e sputter rivestire i bordi del campione con 60 nanometri d'oro per formare i contatti, quindi utilizzare una taglierina di vetro o una penna di diamante per tagliare il campione in pezzi larghi sette millimetri, formando così campioni con superfici cellulari di sette millimetri per cinque millimetri. Puoi testare qualsiasi dispositivo tu voglia, qualsiasi cella solare, qualsiasi modulo, purché tu possa contattarli in modo affidabile.
Ciò richiede contatti fatti di materiali stabili come l'oro. In caso contrario, potresti testare la stabilità dei tuoi contatti anziché dei tuoi dispositivi. Successivamente, misurare le prestazioni di tensione di corrente ex situ delle celle solari campione in condizioni standard in una configurazione a sonda a quattro punti.
Quindi, posizionare un campione sotto un dispositivo di termografia a lock-in illuminato con illuminazione IR e un obiettivo della fotocamera IR da 15 micron. Illuminare il campione e mappare le differenze spaziali di temperatura. Utilizzare questa funzionalità per identificare campioni utili e non utilizzati.
Successivamente, posizionare il campione sotto uno strumento di mappatura della fotoluminescenza con un LED ad alta potenza e registrare un'immagine di fotoluminescenza spaziale. È inoltre necessario utilizzare diverse altre tecniche di analisi, tra cui elettroluminescenza, spettrofotoluminescenza, misurazioni esterne dell'efficienza quantistica e microscopia. Sulla base di queste misurazioni prima e dopo le esposizioni, i meccanismi di degradazione possono essere determinati e collegati alle proprietà di pre-esposizione.
Valutare ogni campione per i difetti visivi e laterale in questo modo. Conservare almeno due campioni non adiacenti in una scatola di guanti riempita di argon come riferimenti. Montare le celle solari non di riferimento in supporti campione che non proiettano ombre sulle celle.
Assicurarsi che i perni di misura dei supporti contattino i contatti in oro anteriore e posteriore dei campioni. Posizionare i supporti del campione sul rack del campione della configurazione CSI per consentire il contatto elettrico tra le celle solari e gli strumenti di misurazione. Collegare le termocopia ai campioni.
Posizionare il rack del campione per l'illuminazione tramite una sorgente luminosa di massa d'aria 1.5, quindi accendere l'apparecchiatura di misurazione, i carichi elettrici e il computer di controllo. Aprire il software di registrazione delle misurazioni per inizializzare gli strumenti, quindi progettare i profili di illuminazione per le misurazioni. Quindi, compilare le informazioni del campione e selezionare la termocopia collegata per ogni posizione del campione.
Quindi, impostare la tensione iniziale, la tensione finale e il numero di passaggi per le misurazioni della tensione di corrente. Impostare le posizioni di salvataggio automatico per i dati della tensione di corrente. Definire le distorsioni elettriche per i campioni, se lo si desidera.
Quindi, creare una sequenza di misurazione e aggiungere le posizioni campione appropriate. Impostare il tempo di attesa tra le sequenze nella finestra Misurazione automatica, seguito da un rapido aumento all'85% dell'umidità relativa, quindi avviare la sequenza della camera climatica, accendere l'illuminazione, passare alla finestra di monitoraggio e iniziare a registrare le misurazioni della tensione di corrente. Monitorare la camera e le temperature del campione durante la rampa a 85 gradi Celsius.
Verificare che i parametri elettrici vengano registrati e che vengano generate curve di tensione di corrente. Una volta che la camera raggiunge gli 85 gradi Celsius, confermare che l'umidità della camera aumenta all'85%Si noti questo come l'ora di inizio dell'esperimento di degradazione. Lasciare i campioni nello strumento per centinaia o migliaia di ore, misurando le curve di tensione di corrente ogni cinque-10 minuti.
Regolare le distorsioni elettriche applicate ai campioni durante l'esperimento come desiderato. Alla fine dell'esperimento, lasciare raffreddare la camera a temperatura ambiente per diverse ore prima di rimuovere i campioni. Tracciare le variazioni dei parametri elettrici in funzione del tempo di esposizione.
Rimuovere i campioni freddi dalla camera e ripetere prontamente le misurazioni ex situ. Eseguire tutte le misurazioni utilizzate prima dell'esposizione. Successivamente, caratterizzare sia i campioni degradati che i campioni di riferimento con diffrazione a raggi X, spettroscopia di massa ionica secondaria, microscopia elettronica a scansione, SEM, spettroscopia fotoelettronica a raggi X e altre tecniche per indagare ulteriormente i meccanismi di guasto.
In questo esempio, i dati registrati durante la rampa di temperatura prima degli esperimenti di degradazione delle celle solari CIGS hanno mostrato che la tensione del circuito aperto variava in funzione della temperatura. Queste celle solari CIGS si sono degradate in efficienza se esposte simultaneamente alla luce, al calore e all'umidità. La degradazione minima è stata osservata quando le celle solari sono state esposte al calore secco e alla luce.
Qui una bassa tensione a polarizzazione negativa ha avuto un effetto più negativo sulla stabilità della cella solare CIGS rispetto al cortocircuito, al circuito aperto o alle condizioni massime del punto di potenza in calore e luce umidi. Una serie di celle solari CIGS fabbricate con alto contenuto di sodio e potassio inizialmente mostravano elevate efficienze quando illuminate con calore umido, ma si degradavano più velocemente delle celle standard. Tuttavia, le cellule fabbricate con basso contenuto di alcali sono rimaste relativamente stabili nelle stesse condizioni.
Ulteriori analisi hanno rivelato una corrispondente forte diminuzione della resistenza allo shunt delle cellule ricche di alcali, che è stata attribuita alla migrazione del sodio. A seguito di questi risultati, i dispositivi devono essere analizzati di nuovo a fondo. Sulla base di questi risultati, è possibile determinare i meccanismi di degradazione del dispositivo.
Questa tecnica consente anche la determinazione del comportamento di degradazione dei moduli su larga scala.
