Este método pode ajudar a responder perguntas-chave sobre a confiabilidade da fotovoltaica, sobre o efeito combinado da iluminação, cargas elétricas, umidade e temperatura. Comparado aos testes padrão de confiabilidade do não estresse, este método tem as seguintes vantagens: Exposição a tensões combinadas, tempo de teste reduzido e monitoramento de desempenho em tempo real do dispositivo. A combinação de tensões pode ser ajustada para simular o clima local, como as condições polares e desérticas.
Vieses elétricos podem ser ajustados para simular efeitos como sombreamento pessoal. A medição de desempenho em tempo real permite testes mais rápidos e simples. Ele nos aprende muito sobre o processo de degradação e permite melhor previsão ou prevenção dos mecanismos de degradação que ocorrem nos dispositivos.
Demonstrando o procedimento estarão Hank Steijvers, Klaas Bakker e Karolien Saliou, todos de Solliance. Para iniciar o procedimento, deposite 0,5 mícrons de molhênio em um substrato de vidro de limão refrigerante por revestimento de sputter de corrente direta em uma sequência de pilha de bicamadas. Em seguida, use uma solução de hidróxido de sódio de um molar e ferrocianto de potássio de 0,3 molar para gravar eletroquímicamente uma tira de seis milímetros de largura no molbênio na borda de um lado longo.
Em seguida, deposite uma camada absorvente CIGS de dois mícrons de espessura por coavaporação em uma câmara de vácuo sob uma atmosfera de cobre, índio, gálio e selênio. Em seguida, deposite 50 nanômetros de sulfeto de cádmio na amostra por deposição de banho químico. Use a sputtering de radiofrequência para depositar 50 a 65 nanômetros de óxido de zinco intrínseco e 80 a 1.000 nanômetros de óxido de zinco dopado em alumínio na amostra.
Em seguida, use uma lâmina para remover as quatro camadas superiores em uma tira de 14 milímetros de largura na borda longa não gravada da amostra, deixando o contato de volta do molbdenum intacto. Centralizar uma máscara na amostra e revestir as bordas da amostra com 60 nanômetros de ouro para formar os contatos, em seguida, use um cortador de vidro ou caneta de diamante para cortar a amostra em pedaços de sete milímetros de largura, formando assim amostras com sete milímetros por cinco milímetros de superfícies celulares. Você pode testar qualquer dispositivo que quiser, qualquer célula solar, qualquer módulo, desde que você possa contatá-los de forma confiável.
Isso requer contatos feitos de materiais estáveis como o ouro. Caso contrário, você pode estar testando a estabilidade de seus contatos em vez de seus dispositivos. Em seguida, meça o desempenho de tensão ex situ da amostra de células solares em condições padrão em uma configuração de sonda de quatro pontos.
Em seguida, coloque uma amostra sob um dispositivo de termografia de bloqueio iluminado com iluminação IR e uma lente de câmera IR de 15 mícrons. Ilumine a amostra e mapeie as diferenças espaciais na temperatura. Use isso para identificar amostras úteis e ruins.
Depois disso, coloque a amostra sob um instrumento de mapeamento de fotoluminescência com um LED de alta potência e regissine uma imagem de fotoluminescência espacial. Você também deve usar várias outras técnicas de análise, incluindo eletroluminescência, espectrofotoluminescência, medições externas de eficiência quântica e microscopia. Com base nessas medidas antes e depois das exposições, os mecanismos de degradação podem ser determinados e ligados às propriedades pré-exposição.
Avalie cada amostra para defeitos visuais e laterais desta forma. Armazene pelo menos duas amostras não adjacentes em um porta-luvas cheio de argônio como referências. Monte as células solares não-referenciais em suportes de amostras que não lançam sombras nas células.
Certifique-se de que os pinos de medição dos suportes entrem em contato com os contatos de ouro dianteiro e traseiro das amostras. Coloque os suportes de amostra no rack de amostra da configuração CSI para permitir o contato elétrico entre as células solares e as ferramentas de medição. Conecte os termopares às amostras.
Posicione o rack de amostra para iluminação por uma fonte de luz de massa de ar 1.5, em seguida, ligue o equipamento de medição, as cargas elétricas e o computador de controle. Abra o software de registro de medição para inicializar os instrumentos e, em seguida, projete perfis de iluminação para as medições. Em seguida, preencha as informações da amostra e selecione o termopar vinculado para cada posição amostral.
Em seguida, defina a tensão inicial, a tensão final e o número de etapas para as medições de tensão de corrente. Defina os locais de autosapeça para os dados de tensão atuais. Defina vieses elétricos para as amostras, se desejar.
Em seguida, crie uma sequência de medição e adicione os locais de amostra apropriados. Defina o tempo de espera entre as sequências na janela de medição automática, seguida de um rápido aumento para 85% da umidade relativa, em seguida, inicie a sequência da câmara climática, ligue a iluminação, mude para a janela de monitoramento e comece a registrar as medições de tensão de corrente. Monitore a câmara e as temperaturas da amostra durante a rampa até 85 graus Celsius.
Confirme se os parâmetros elétricos estão sendo registrados e as curvas de tensão de corrente estão sendo geradas. Uma vez que a câmara atinja 85 graus Celsius, confirme que a umidade da câmara aumenta para 85% Note isso como o momento inicial do experimento de degradação. Deixe as amostras no instrumento por centenas a milhares de horas, medindo as curvas de tensão atuais a cada cinco a 10 minutos.
Ajuste os vieses elétricos aplicados às amostras durante o experimento conforme desejado. No final do experimento, permita que a câmara esfrie até a temperatura ambiente durante várias horas antes de remover as amostras. Plote as alterações nos parâmetros elétricos em função do tempo de exposição.
Remova as amostras frias da câmara e repita prontamente as medidas do ex situ. Execute todas as medidas utilizadas antes da exposição. Posteriormente, caracterize tanto as amostras degradadas quanto as de referência com difração de raios-X, espectroscopia de massa de íons secundários, microscopia eletrônica de varredura, SEM, espectroscopia de fotoeletrões de raios-X e outras técnicas para investigar melhor os mecanismos de falha.
Neste exemplo, dados registrados durante a rampa de temperatura antes dos experimentos de degradação de células solares do CIGS mostraram que a tensão do circuito aberto variou em função da temperatura. Essas células solares CIGS degradadas em eficiência quando simultaneamente expostas à luz, calor e umidade. A degradação mínima foi observada quando as células solares foram expostas ao calor seco e à luz.
Aqui, uma tensão de viés negativo baixo teve um efeito mais negativo na estabilidade das células solares CIGS do que em curto-circuito, circuito aberto ou condições máximas de power point em calor úmido e luz. Um conjunto de células solares CIGS fabricadas com alto teor de sódio e potássio inicialmente mostrou alta eficiência quando iluminadas em calor úmido, mas degradaram-se mais rápido do que as células padrão. No entanto, as células fabricadas com baixo teor de álcali permaneceram relativamente estáveis sob as mesmas condições.
Análises posteriores revelaram uma diminuição acentuada correspondente na resistência ao shunt de células ricas em álcali, que foi atribuída à migração do sódio. Após esses resultados, os dispositivos devem ser analisados minuciosamente novamente. Com base nesses resultados, os mecanismos de degradação do dispositivo podem ser determinados.
Esta técnica também permite a determinação do comportamento de degradação de módulos em larga escala.
