Name: in situ monitoring of the accelerated performance degradation of solar cells and modules: a case study for cu(in,ga)se2 solar cells
Uploaded: 2018-10-03T12:30:00
Duration: 9 min 19 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about In Situ Monitoring of the Accelerated Performance Degradation of Solar Cells and Modules: A Case Study for CuIn,GaSe2 Solar Cells at JoVE.com

المؤلف يود أن يشكر "ميرو زيمان" (جامعة دلفت للتكنولوجيا) وزغير فرون (TNO) لمناقشات مثمرة. كيو بييلير، هانز فنسنت، إيكاترينا لياكوبولو، مرتضوي سهيل، غابرييلا دي أموريم سواريس (جميع TNO)، فيليكس دوم (سولاريون)، وماري Buffière (IMEC) معترف بها لترسب العينة وتحليل ومناقشات طويلة. وعلاوة على ذلك، نود أن نشكر جميع العاملين من الشمس السرمدية، تيستيكويبمينت هييلكيما، وحلول مؤسسة التنظيم العقاري، وعلى وجه التحديد روبرت يان فإن فوجت، ألكسندر مولدر ويروين فينك لمساهمتهم.
أجريت هذه الدراسات تحت رقم المشروع M71.9.10401 في الإطار برنامج أبحاث المواد الابتكار معهد M2i، إيديجو TKI المشروع الثقة، المشروع أوبمات الكهروضوئية، بتمويل من برنامج التعاون عبر الحدود خامسا الأقاليمي فلاندرز--هولندا بدعم مالي من "الأموال الأوروبية" "التنمية الإقليمية" والبرنامج TNO 'تكنولوجي زويكت أونديرنيمير'.

<ol>
	<li>Jordan, D., Kurtz, S., VanSant, K., Newmiller, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Compendium+of+Photovoltaic+degradation+rates.">Compendium of Photovoltaic degradation rates.</a> Prog. Photovolt. 24 (7), 978-989 (2016).</li><li>Pingel, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Potential+induced+degradation+of+solar+cells+and+panels.">Potential induced degradation of solar cells and panels.</a> Proc. 35th IEEE PVSC. , 2817-2822 (2010).</li><li>Lindroos, J., Savin, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Review+of+light-induced+degradation+in+crystalline+silicon+solar+cells.">Review of light-induced degradation in crystalline silicon solar cells.</a> Sol. Energ. Mat. Cells. 147, 115-126 (2016).</li><li>Theelen, M., Daume, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Stability+of+Cu(In,Ga)Se2+solar+cells:+A+literature+review.">Stability of Cu(In,Ga)Se2 solar cells: A literature review.</a> Solar Energy. 133, 586-627 (2016).</li><li>Malmstr&#246;m, J., Wennerberg, J., Stolt, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+study+of+the+influence+of+the+Ga+content+on+the+long-term+stability+of+Cu(In,Ga)Se2+thin+film+solar+cells.">A study of the influence of the Ga content on the long-term stability of Cu(In,Ga)Se2 thin film solar cells.</a> Thin Solid Films. 431-432, 436-442 (2003).</li><li>Wennerberg, J., Kessler, J., Stolt, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Degradation+mechanisms+of+Cu(In,Ga)Se2-based+thin+film+PV+modules.">Degradation mechanisms of Cu(In,Ga)Se2-based thin film PV modules.</a> Proc. 16th EUPVSEC. , 309-312 (2000).</li><li>Feist, R., Rozeveld, S., Kern, B., D'Archangel, J., Yeung, S., Bernius, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Further+investigation+of+the+lifetime-limiting+failure+mechanisms+of+CIGSS-based+minimodules+under+environmental+stress.">Further investigation of the lifetime-limiting failure mechanisms of CIGSS-based minimodules under environmental stress.</a> Proc. 34th IEEE PVSC. , 2359-2363 (2009).</li><li>Sharma, V., Chandel, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Performance+and+degradation+analysis+for+long+term+reliability+of+solar+photovoltaic+systems:+A+review.">Performance and degradation analysis for long term reliability of solar photovoltaic systems: A review.</a> Renew. Sustainable Energy Rev. 27, 753-767 (2013).</li><li>Module Certification for new Standards and new Technologies. Fraunhofer ISE Available from: <a target="_blank" href="https://www.ise.fraunhofer.de/content/dam/ise/de/documents/infomaterial/brochures/photovoltaik/flyer-pv-module-certification-for-new-standards-and-new-technologies.pdf">https://www.ise.fraunhofer.de/content/dam/ise/de/documents/infomaterial/brochures/photovoltaik/flyer-pv-module-certification-for-new-standards-and-new-technologies.pdf</a> (2017)</li><li>Osterwald, C., McMahon, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=History+of+Accelerated+and+Qualification+Testing+of+Terrestrial+Photovoltaic+Modules:+A+Literature+Review.">History of Accelerated and Qualification Testing of Terrestrial Photovoltaic Modules: A Literature Review.</a> Prog. Photovolt. 17, 11-33 (2009).</li><li>Carlsson, T., Brinkman, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Identification+of+degradation+mechanisms+in+field-tested+CdTe+modules.">Identification of degradation mechanisms in field-tested CdTe modules.</a> Prog. Photovolt. 14, 213-224 (2006).</li><li>Jordan, D., Kurtz, S., VanSant, K., Newmiller, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Compendium+of+photovoltaic+degradation+rates.">Compendium of photovoltaic degradation rates.</a> Prog. Photovolt. 24, 978-989 (2016).</li><li>Theelen, M., Tomassini, M., Steijvers, H., Vroon, Z., Barreau, N., Zeman, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=In+situ+Analysis+of+the+Degradation+of+Cu(In,Ga)Se2+Solar+Cells.">In situ Analysis of the Degradation of Cu(In,Ga)Se2 Solar Cells.</a> Proc. 39th IEEE PVSC. , 2047-2051 (2013).</li><li>Theelen, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Accelerated+performance+degradation+of+CIGS+solar+cell+determined+by+in+situ+monitoring.">Accelerated performance degradation of CIGS solar cell determined by in situ monitoring.</a> Proc. SPIE 9179. , (2014).</li><li>Theelen, M., Beyeler, K., Steijvers, H., Barreau, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Stability+of+CIGS+Solar+Cells+under+Illumination+with+Damp+Heat+and+Dry+Heat:+A+Comparison.">Stability of CIGS Solar Cells under Illumination with Damp Heat and Dry Heat: A Comparison.</a> Sol. Energ. Mat. Sol. Cells. , (2016).</li><li>Theelen, M., Hans, V., Barreau, N., Steijvers, H., Vroon, Z., Zeman, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+impact+of+sodium+and+potassium+on+the+degradation+of+CIGS+solar+cells.">The impact of sodium and potassium on the degradation of CIGS solar cells.</a> Prog. Photovolt. 23, 537-545 (2015).</li><li>Theelen, M., Hendrikx, R., Barreau, N., Steijvers, H., B&#246;ttger, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+effect+of+damp+heat+-+illumination+exposure+on+CIGS+solar+cells:+a+combined+XRD+and+electrical+characterization+study.">The effect of damp heat - illumination exposure on CIGS solar cells: a combined XRD and electrical characterization study.</a> Sol. Energ. Mat. Sol. Cells. 157, 943-952 (2016).</li><li>Theelen, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+Exposure+of+CIGS+Solar+Cells+to+Different+Electrical+Biases+in+a+Damp-heat+Illumination+Environment.">The Exposure of CIGS Solar Cells to Different Electrical Biases in a Damp-heat Illumination Environment.</a> Proc 43rd IEEE PVSC. , 0929-0934 (2016).</li><li>Theelen, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=In+situ+monitoring+of+the+accelerated+performance+degradation+of+thin+film+solar+cells.">In situ monitoring of the accelerated performance degradation of thin film solar cells.</a> Proc. 42th IEEE PVSC. , 1-6 (2015).</li><li>Theelen, M., Barreau, N., Steijvers, H., Hans, V., Vroon, Z., Zeman, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Degradation+of+CIGS+solar+cells+due+to+the+migration+of+alkali+elements.">Degradation of CIGS solar cells due to the migration of alkali elements.</a> Proc. 42th IEEE PVSC. , 1-6 (2015).</li><li>. In situ monitoring of the degradation of CIGS solar cells Available from: <a target="_blank" href="https://www.youtube.com/watch?v=Zmy5tb-2NK8">https://www.youtube.com/watch?v=Zmy5tb-2NK8</a> (2017)</li><li>. Hybrid degradation testing of solar cells and modules Available from: <a target="_blank" href="https://www.youtube.com/watch?v=tEsvkTco-To">https://www.youtube.com/watch?v=tEsvkTco-To</a> (2017)</li><li>Theelen, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Influence+of+Mo/MoSe2+microstructure+on+the+damp+heat+stability+of+the+Cu(In,Ga)Se2+back+contact+molybdenum.">Influence of Mo/MoSe2 microstructure on the damp heat stability of the Cu(In,Ga)Se2 back contact molybdenum.</a> Thin Solid Films. 612, 381-392 (2016).</li><li>Hovestad, A., Bressers, P., Meertens, R., Frijters, C., Voorthuijzen, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electrochemical+etching+of+molybdenum+for+shunt+removal+in+thin+film+solar+cells.">Electrochemical etching of molybdenum for shunt removal in thin film solar cells.</a> J. Appl. Electrochem. 45 (7), 745-753 (2015).</li><li>Couzinie-Devy, F., Barreau, N., Kessler, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Re-investigation+of+preferential+orientation+of+Cu(In,Ga)Se2+thin+films+grown+by+the+three-stage+process.">Re-investigation of preferential orientation of Cu(In,Ga)Se2 thin films grown by the three-stage process.</a> Prog. Photovolt. 19, 527-536 (2011).</li><li>Schmidt, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Adjusting+the+Ga+grading+during+fast+atmospheric+processing+of+Cu(In,Ga)Se2+solar+cell+absorber+layers+using+elemental+selenium+vapor.">Adjusting the Ga grading during fast atmospheric processing of Cu(In,Ga)Se2 solar cell absorber layers using elemental selenium vapor.</a> Prog. Photovolt. , (2017).</li><li>Contreras, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Optimization+of+CBD+CdS+process+in+high-efficiency+Cu(In,Ga)Se2-based+solar+cells.">Optimization of CBD CdS process in high-efficiency Cu(In,Ga)Se2-based solar cells.</a> Thin Solid Films. 403-404, 204-211 (2002).</li><li>Theelen, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Physical+and+chemical+degradation+behavior+of+sputtered+aluminum+doped+zinc+oxide+layers+for+Cu(In,Ga)Se2+solar+cells.">Physical and chemical degradation behavior of sputtered aluminum doped zinc oxide layers for Cu(In,Ga)Se2 solar cells.</a> Thin Solid Films. 550, 530-540 (2014).</li><li>Brammertz, G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Characterization+of+defects+in+9.7%+efficient+Cu2ZnSnSe4-CdS-ZnO+solar+cells.">Characterization of defects in 9.7% efficient Cu2ZnSnSe4-CdS-ZnO solar cells.</a> Appl. Phys. Lett. 103 (16), 163904 (2013).</li><li>Theelen, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Degradation+of+CIGS+solar+cells.">Degradation of CIGS solar cells.</a> Ipskamp Drukkers. , (2015).</li><li>Abou-Ras, D., Kirchartz, T., Rau, U. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Advanced Characterization Techniques for Thin Film Solar Cells. , (2011).</li><li>Wolhgemuth, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Standards+for+PV+Modules+and+Components+-+Recent+Developments+and+Challenges.">Standards for PV Modules and Components - Recent Developments and Challenges.</a> Proc. 27th EUPVSEC. , 2976-2980 (2012).</li><li>Theelen, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Temperature+Dependency+of+CIGS+solar+cells+on+soda+lime+glass+and+polyimide:+a+comparison.">Temperature Dependency of CIGS solar cells on soda lime glass and polyimide: a comparison.</a> JRSE. , (2016).</li><li>Coyle, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Life+prediction+for+CIGS+solar+modules+part+1:+modelling+moisture+ingress+and+degradation.">Life prediction for CIGS solar modules part 1: modelling moisture ingress and degradation.</a> Prog. Photovolt. 21 (2), 156-172 (2013).</li></ol>

ويعمل المؤلف إريك ضيوف (مؤسسة التنظيم العقاري حلول)، ستيفان روست (الشمس الأبدية)، وبيتر هييلكيما (هييلكيما تيستيكويبمينت) اتحاد تسويق هذه الأجهزة. ويحمل صاحب العمل للمخترعين من هذه الأجهزة (المؤلفين وثيلين إيكر وهنك ستيجفيرس (TNO)) اتفاقية ترخيص مع هذا الكونسورتيوم.

تم تصميمها وبناؤها اثنين من الأجهزة منظمة التضامن المسيحي الدولية للرصد في الوقت الحقيقي للمعلمات الكهربائية من الخلايا الشمسية والوحدات النمطية. تسمح هذه الأجهزة المتزامنة من التعرض للحرارة الرطوبة والإضاءة، والتحيزات الكهربائية، بينما أيضا في الموقع تحديد المعلمات الرابع من الأجهزة الكهروضوئية. وقد استخدمت هذه الأجهزة لدراسة تأثير الضغوط البيئية (الرطوبة والإضاءة، والتحيزات الكهربائية، ودرجة الحرارة) فضلا عن تكوين خلية أو وحدة نمطية على الاستقرار طويل الأجل للخلايا الشمسية غير المعبأة. الشكل 3، الرقم 4، الرقم 5، 6 الرقم، و الرقم 7 عرض مجموعة نتائج التي تم الحصول عليها بهذه الأجهزة.
وينبغي دائماً التعامل مع الرعاية النتائج الاستقرار (الشكل 3، الرقم 4 الرقم 6و الرقم 7) من خلال الدراسات المقدمة: بغية جعل الترجمة من هذه الدراسات إلى الوحدة النمطية للاستقرار، والقيود التي تعاني منها جميع وينبغي مراعاة اختبارات الحياة المعجلة على استقرار الأجهزة الكهروضوئية (بما في ذلك هذه الدراسة). هي سبب حقيقة أن الظروف في المختبر تهدف إلى سرعة تحديد آليات تدهور، في حين لا يمكن العثور على بعض آليات تدهور بسبب اختيار خاطئ (شدة) وتشدد على هذه القيود. وعلاوة على ذلك، الشروط التي اخترتها قد يؤدي أيضا إلى آليات تدهور وما يترتب عليها من الإخفاقات التي لا تحدث في الميدان أو تحدث في الميدان قبل أو بعد الإطار الزمني المتوقع. بينما على سبيل المثال لظروف الحرارة رطبة (85 °C/85% RH)، يفترض عامل تسريع 219، مرجع25 أظهرت أن هذا المعدل غير الخطية في كثير من الأحيان، ويمكن أن تختلف في وحدات CIGS بين 10 و 1000، وتدهور مختلف الآليات.
لتقدير صحة النتائج المعروضة، أهم الاختلافات بين الوحدة الميدانية ينبغي التعرض والتجارب التي عرضت في الاعتبار:
أ الظروف المختبرية المستخدمة أشد من الظروف الميدانية، وشرط جوهري للاختبار السريع. وعلاوة على ذلك، الظروف السائدة في هذه التجارب معظمها ثابت، بينما الوحدات في الميدان سوف يتعرض للظروف المتغيرة باستمرار.
باء-في التجارب التي عرضت، استخدمت الخلايا الشمسية غير المعبأة. وبطبيعة الحال، مواد الجدار ولاصق الحافة سوف تلعب دوراً هاما في استقرار الجهاز (لا سيما تحت الظروف الرطبة). بالإضافة إلى ذلك، تأثير الترابط وتغليف المواد أيضا مهم جداً ولا ينبغي إهمالها. ومن المؤكد أن التجارب مع وحدات صغيرة مغلفة ومترابطة أيضا ممكنة في هذه الأجهزة.
جيم نظراً للإضاءة، والتجارب التي عرضت في الشكل 3، الرقم 5، الرقم 6و الرقم 7 أعدم تحت ظروف الدائرة المفتوحة عند منحنيات الرابع لم تسجل. ومع ذلك، يجب أن تعمل وحدات تحت ظروف MPP، بينما الخلايا يمكن أن يتعرض أيضا عكس الظروف التحيز في حالة الوحدة النمطية جزئية التظليل. يبين الشكل 4 أن تقتصر الخلافات بين MPP وظروف الدائرة المفتوحة وقد لوحظت في تلك التجربة محددة، ولكن قد يكون مختلفاً بالنسبة للخلايا أو ظروف أخرى.
دال-تكوين الخلايا الشمسية CIGS له تأثير كبير على الاستقرار طويل الأجل. يمكن الاطلاع على أمثلة لدراسات عن تأثير تكوين على الاستقرار وعلى سبيل المثال في مراجع16،20. نظراً للطابع الدقيق لتأثير العديد من التعديلات الصغيرة في المكدس الخلايا الشمسية لم تحدد بعد، وقد يحدث تدهور أسرع أو أبطأ مما كان متوقعا.
العوامل المذكورة أعلاه تشير إلى أن عدد كبير من الدراسات مدى الحياة المعجلة مع الاختلاف في تدهور الأوضاع، وتكوين نموذج مطلوب حقاً التنبؤ بالأداء الميداني وحدة. وعلاوة على ذلك، ولذلك ينبغي أن تقترن هذه النتائج مع الدراسات الميدانية الحصول على صورة كاملة عن الاستقرار طويل الأجل للوحدات الفلطائية الضوئية.
ومع ذلك، فإننا نقترح أن الأجهزة المعروضة في هذه الدراسة تحسينات كبيرة مقارنة بالاختبارات القياسية اللجنة الانتخابية المستقلة، بسبب التعرض للإجهاد مجتمعة فضلا عن الرصد في الموقع . هذه الخصائص إلى حد كبير تحسين القيمة التنبؤية لتجارب الحياة المتسارع، وزيادة فهمنا لآليات تدهور. المزايا الرئيسية الأربعة 'معيار' (مثلاً، IEC 61215) بالمقارنة مع الاختبارات هي الإمكانيات التالية:
(أ) اختبار تحت التعرض للضغوط مجتمعة (أي، والحرارة والرطوبة، والإضاءة، والتحيزات الكهربائية).
(ب) ضبط تؤكد مجتمعة من أجل محاكاة المناخات المحلية (مثلصحراء أو الظروف القطبية).
جيم ضبط من التحيزات الكهربائية، مثلاً، لمحاكاة آثار التظليل الجزئي.
دال في الوقت الحقيقي رصد أداء الجهاز، مما يسمح لأبسط وأسرع اختبار فضلا عن تحسين التنبؤ أو الحد من آليات تدهور بسبب مستوى زيادة معرفة.
هاء خفض اختبار الزمن، حيث يمكن إيقاف اختبار مباشرة بعد حدث عطل، بدلاً من بعد فترة اختبار محددة (مثلاً، ح 1,000).
ولذلك يقترح أن الدراسات مدى الحياة مع الأجهزة المقدمة يمكن أن تحسن كثيرا فهم نوعي وكمي والتنبؤ بالاستقرار طويل الأجل للخلايا الشمسية والوحدات النمطية. في المستقبل، إعداد عرض 'اختبارات الإجهاد المجمعة مع القياسات في الموقع ' (منظمة التضامن المسيحي الدولية) التي ستوضع لكامل نطاق وحدات: الأجهزة مع مناطق مضيئة من 40 سم × 40 سم و 100 سم × 100 سم صغيرة جداً للوحدات الفلطائية الضوئية ذات الحجم الكامل، لذا تعتزم زيادة ويجري حاليا نطاق هذا المفهوم قياس الإجهاد مجتمعة.

وتعتبر النظم الكهروضوئية شكلاً فعالاً من حيث التكلفة للطاقة المتجددة. الوحدات الفلطائية الضوئية تمثل جوهر هذه النظم الكهروضوئية وتباع عموما مع ضمان أداء لأكثر من 25 عاماً (مثلاً، فقدان الكفاءة 20% كحد أقصى بعد هذه الفترة)1. من الأهمية بمكان لثقة المستهلكين والمستثمرين استيفاء هذه الضمانات. إنتاج الكهرباء ولذلك ينبغي مستقرة وعالية ممكن على الأقل عمر الوحدة النمطية المطلوبة. هذا يجب أن تدار بالحد من تدهور بطيئا ولكن مطردا2 والفشل غير متوقعة من وحدة نمطية سابقة لأوانها، والتي، على سبيل المثال، يمكن أن تحدث بسبب أخطاء الإنتاج. أمثلة لفشل الوحدة الملحوظة في المجال التدهور الناجم عن احتمال (PID)3 و4 من التدهور الناجم عن الضوء (غطاء) لوحدات السليكون المتبلر أو المياه التآكل المستحث في CIGS وحدات5،6 , 7 , 8-بغية منع عمر حقل مخفضة من الوحدات الفلطائية الضوئية، آليات تدهور ينبغي ولذلك حددت والتقليل إلى أدنى حد.
تحسين فهم آليات التدهور التي تحدث في الخلايا الفلطائية الضوئية أو وحدات يساعد أيضا على تخفيض تكاليف إنتاج الوحدة النمطية PV: في العديد من الحالات، يتم إدخال مواد واقية ضد الضغوط البيئية في الوحدات النمطية تقدم عمر مضمونة. هذا المثال الحقيقي لوحدات رقيقة مرنة، مثل CIGS، التي تحتوي على حاجز مكلفة لمنع تسرب المياه. يمكن جعل كل حزمة المواد في هذه الوحدات النمطية تصل إلى 70 في المائة تكاليف الوحدة النمطية. غالباً ما تكون هذه المواد الواقية عمليات الإفراط كي تكون معينة للحصول على عمر المطلوبة: المزيد من المعرفة عن آليات تدهور ولجعل الخلايا الشمسية أكثر ارتباطاً وثيقا مستقرة ويمكن التنبؤ بها على نحو أكثر دقة. فهم أفضل للاستقرار طويل الأجل للوحدة النمطية ومكوناته أن ذلك يرجح أن منع الإفراط أبعاد والسماح بتخفيض التكاليف لهذه المواد الواقية.
لإعطاء إجراء تقدير عام لموثوقية الوحدة النمطية، الخلايا الشمسية والوحدات النمطية في الوقت الحاضر اختبار ومؤهل بواسطة اختبارات عمر المعجل (ALT)9. اختبارات التأهيل أعمق تتحدد ب اختبارات 61215 الدولية الكهروتقنية (IEC)10، التي تعطي القرارات "المتابعة/عدم الذهاب" على استقرار الوحدات الفلطائية الضوئية. ومع ذلك، أوستيروالد et al. 11 كشفت عن أن نتائج إيجابية لاختبارات اللجنة الانتخابية المستقلة لا يدل دائماً أن الوحدة النمطية الكهروضوئية يمكن أن تقف الظروف في الهواء الطلق لمدة سنوات 25 أو أكثر. حد هذا الارتباط بين الميدان ومختبر التجارب اتضح أن يكون صحيحاً بشكل خاص ل وحدات رقيقة نسبيا الجديدة12.
هذه الاختبارات لا تسفر عن التبصر في آليات تدهور ('العمليات و/أو التي تؤكد يؤدي إلى التدهور الملحوظ نمطية بطيئة أو الفشل السريع وحدة؟'). وعلاوة على ذلك، هذه الاختبارات، التي تقوم حاليا على عوامل الإجهاد مفرد أو مزدوج (على سبيل المثال الضغط الميكانيكي، أو الجمع بين الحرارة والرطوبة) يمكن التأكيد لا محاكاة سلوك الحقل بطريقة موثوق بها، إذ هي تخضع الوحدات الفلطائية الضوئية في الحقل إلى العديد مجتمعة تؤكد (على سبيل المثال: درجة الحرارة، الرطوبة، الرياح، الثلج، الإضاءة، والغبار، والرمل، المياه). هذه الضغوط يمكن أن تختلف أيضا كل منطقة المناخ: بينما في الصحراء، ودرجة الحرارة، والإضاءة عوامل الإجهاد الهامة المحتملة؛ في المناخات المعتدلة، يمكن أن يكون تأثير الرطوبة على سبيل المثال مهمة جداً. إلى محاكاة تدهور وما يترتب عليها من الفشل في المناخات المختلفة، وبالتالي مطلوبة توليفات مختلفة من الضغوط المتعددة. ونتيجة لذلك، التعرض المتزامن للضغوط متعددة مهم جداً للحصول على وضع تقدير جيد لموثوقية الوحدة النمطية في مناخ معين، واختبارات الإجهاد مجتمعة وبالتالي ينبغي أن يكون جزءا من الاختبارات المعملية.
ولذلك يقترح أنه ينبغي تحسين فهم الآليات التدهور التي تحدث تحت ظروف الإجهاد الجمع بين النوعية والكمية. ومن الناحية المثالية، ينبغي أن تجمع معلومات حول الخلايا الشمسية أو الوحدة النمطية أيضا خلال هذه التجارب، للسماح بتحديد تغييرات الجهاز أثناء التعرض. ولذلك، ونحن قد تصمم وتبني اثنين من الأجهزة التي تسمح التعرض المتزامن للرطوبة ودرجات الحرارة (مرتفعة)، والتحيزات الكهربائية والإضاءة. في هذه الأجهزة، شدة هذه الضغوط يمكن أيضا ضبطها، اعتماداً على أن الهدف من التجربة. بالإضافة إلى ذلك، يسمح الإضاءة في الموقع مراقبة الكهروضوئية الأجهزة (الشكل 1)13،14،15،16،،من1718، 19 , 20-سيتم تسمية هذه الأنواع من الاختبارات 'اختبارات الإجهاد المجمعة مع القياسات في الموقع ' (منظمة التضامن المسيحي الدولية). في هذا البروتوكول، سيقدم الهجين اثنين تدهور الأجهزة، المسماة 'منظمة التضامن المسيحي الدولية 1' و 'منظمة التضامن المسيحي الدولية 2'. وقد أعدم العديد من الدراسات، تهدف إلى تحسين فهم الأداء وتدهور خاصة رقيقة CIGS الخلايا الشمسية، مع هذه الأجهزة. يتم عرض مجموعة مختارة من الاستقرار ودرجة الحرارة تبعية النتائج التي تحققت في الخلايا الشمسية CIGS وكزتس غير المعبأة. ويمكن أيضا الاطلاع على مزيد من المعلومات في21،22.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55897/55897fig1.jpg"> الشكل 1 : إعداد 'اختبارات"الإجهاد جنبا إلى جنب"مع القياسات في الموقع '- اليسار: نظرة عامة على التخطيطي من إعداد منظمة التضامن المسيحي الدولية بما في ذلك نظام القياس. الوسط واليمين: صورة فوتوغرافية للأجهزة منظمة التضامن المسيحي الدولية (المناخ الدوائر بالإضافة إلى محاكاة الشمسية، نظم القياس لا يصور، على الأجهزة ذات أحجام مختلفة). الأوسط هو CSI1، وهو حق CSI2. وقد تم تعديل هذا الرقم19،30. <a href="//cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/55897/55897fig1large.jpg" target="_blank">الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-</a>

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" style="width:615px;" width="615">
	<colgroup>
		<col />
		<col />
		<col />
		<col />
	</colgroup>
	<tbody>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;width:176px;">Hybrid degradation setup</td>
			<td style="width:151px;">Eternal Sun</td>
			<td style="width:224px;">Climate Chamber Solar Simulator</td>
			<td style="width:64px;">More information can be found here: http://www.eternalsun.com/products/climate-chamber/</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Sample holders</td>
			<td>ReRa Solutions</td>
			<td></td>
			<td>More information can be found here: https://www.rerasolutions.com/</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Sample rack</td>
			<td>Demo Delft</td>
			<td></td>
			<td>More information can be found here: http://www.demo.tudelft.nl/</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Gold deposition tool</td>
			<td>Polaron Equipment LTD</td>
			<td>SEM coating unit E5100</td>
			<td>Tool for Au deposition for SEM measurements</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Tracer IV software</td>
			<td>ReRa Solutions</td>
			<td></td>
			<td>More information can be found here: https://www.rerasolutions.com/product/tracer-iv-software/</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Solar cells</td>
			<td>Solliance</td>
			<td></td>
			<td>More information can be found here: http://www.solliance.eu.&#160; 
			Solar cells and modules can also be obtained from many other universities, research institutes and companies</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td colspan="4" height="20" style="height:20px;"></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">PL mapping setup</td>
			<td>GreatEyes</td>
			<td>LumiSolarCell</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">ILIT mapping setup</td>
			<td>Infratec</td>
			<td>ImageIR camera and Sunfilm IR lens</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Optical microscopy</td>
			<td>Leica</td>
			<td>Wild M400</td>
			<td>coupled with a Leica DFC 320 camera and Leica Application Suite software, version 4.3.0</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">IV tester</td>
			<td>OAI</td>
			<td>OAI TriSol Solar Simulator</td>
			<td>coupled with a Keithley SourceMeter 2400 and controlled using IV runner software, version 1.4.0.6.</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">EQE tester</td>
			<td>Homemade</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

in situ monitoring of the accelerated performance degradation of solar cells and modules: a case study for cu(in,ga)se2 solar cells

ليفيليزيد تكلفة الكهرباء (لكوي) للنظم الكهربائية الضوئية (PV) يحدده، بين عوامل أخرى، موثوقية الوحدة الكهروضوئية. التنبؤ أفضل آليات التدهور ومنع فشل حقل الوحدة النمطية يمكن وبالتالي تقليل مخاطر الاستثمار، فضلا عن زيادة إنتاج الكهرباء. على مستوى تحسين معرفة يمكن لهذه الأسباب إلى حد كبير انخفاض التكاليف الإجمالية للكهرباء الكهروضوئية.
من أجل فهم أفضل وتقليل تدهور الوحدات الفلطائية الضوئية، وينبغي تحديد حدوث تدهور الآليات والشروط. يجب أن يحدث هذا يفضل أن يكون ذلك تحت الضغوط مجتمعة، حيث تتعرض الوحدات في الميدان أيضا في نفس الوقت إلى عدة عوامل الإجهاد. ولذلك، قد تصمم وتصنع الأجهزة اثنين 'اختبار"الإجهاد جنبا إلى جنب"مع القياس في الموقع '. تسمح هذه الأجهزة الاستخدام المتزامن للرطوبة ودرجات الحرارة والإضاءة والتحيزات الكهربائية كعوامل الإجهاد التي تسيطر عليها بشكل مستقل عن الخلايا الشمسية ومينيمودوليس. كما تسمح الأجهزة في الوقت الحقيقي رصد الخصائص الكهربائية من هذه العينات. هذا البروتوكول ويعرض هذه الأجهزة، ويصف الاحتمالات التجريبية. وعلاوة على ذلك، يتم عرض النتائج التي تم الحصول عليها مع هذه الأجهزة أيضا: أمثلة مختلفة حول تأثير ظروف الترسيب وتدهور على الاستقرار رقيقة Cu (في, Ga) سي2 (CIGS) فضلا عن Cu2زنسنسي4 (كزتس) ويرد وصف الخلايا الشمسية. وتعرض النتائج على التبعية درجة الحرارة للخلايا الشمسية CIGS أيضا.

وقد استخدمت الأجهزة منظمة التضامن المسيحي الدولية لمجموعة واسعة من التجارب. تجارب على حد سواء ركزت على تأثير على الخلية أو تكوين الوحدة النمطية والتصميم، فضلا عن تأثير تدهور الأوضاع. يتم عرض بعض الأمثلة لتطوير معلمات الكهربائية في الأرقام التالية. أخذ القياسات في الشكل 3، الرقم 5، الرقم 6و الرقم 7 في CSI1، بينما تم الحصول على الرقم 4 في CSI2. في هذه الأرقام، يتم اختيارها لتصوير كفاءة الجهاز، فولطية الدورة المفتوحة، أو مقاومة التحويلة، ولكن يمكن بطبيعة الحال أيضا رسم المعلمات الأخرى.
رقم 3 و رقم 4 عرض تأثير تدهور الظروف على الاستقرار للخلايا الشمسية CIGS القلوية الغنية دون حاجز رطوبة أو أي مادة أخرى في الحزمة. ويبين الشكل 3 أن هذه الخلايا تتحلل عندما تتعرض للإضاءة والحرارة والرطوبة، بينما هم مستقرا تقريبا في غياب الرطوبة. وهذا يشير إلى أن هذه الخلايا الشمسية أو الوحدات النمطية التناظرية قد تكون مستقرة تماما عندما جيدا وتعبئتها ضد الرطوبة15. وتشمل المواد الحزمة المحتملة بطبيعة الحال الزجاج، ولكن أيضا الحواجز المرنة، التي كثيرا ما تستند إلى العضوية غير العضوية المكدسات متعددة15. في التجارب المقبلة، سيتم أيضا اختبار هذه الإمكانيات. كما تشير هذه النتائج إلى أن هذه المواد مجموعة قد لا تكون ضرورية في ظل مناخ حار وجاف. ويبين الشكل 4 تأثير الجهد التحيز عند التعرض للحرارة رطبة بالإضافة إلى الإضاءة: هذه النتائج الأولية تشير إلى أن سلبية جهد منخفض (-0.5 V، المنحنيات الرمادية) يحتمل له تأثير سلبي أكثر على الاستقرار من الدائرة القصيرة، الدائرة المفتوحة، و ظروف MPP18.
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55897/55897fig3v2.jpg">
الشكل 3 : تأثير الرطوبة على استقرار الخلية الشمسية CIGS- تطوير كفاءة الخلايا الشمسية CIGS غير المعبأة كدالة للتعرض الوقت للإضاءة بالإضافة إلى الجاف للحرارة (أحمر) ومرتفعة الحرارة رطبة (أزرق) المتخذ في درجات الحرارة. يمثل كل سطر واحد من الخلايا الشمسية. وقد تم تعديل هذا الرقم من مرجع15. <a href="https://cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/55897/55897fig3large.jpg" target="_blank">الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55897/55897fig4v2.jpg"> الشكل 4 : تأثير الأحمال الكهربائية على استقرار الخلية الشمسية CIGS- تطور كفاءة الخلايا غير المعبأة كدالة للزمن في الفولتية بالإضافة إلى الحرارة الرطوبة والإضاءة المختلفة. غراي، المنحنيات زرقاء وخضراء وحمراء تشير إلى التعرض إلى 0.5-الخامس، 0 الخامس ~ VMPP، والدائرة المفتوحة الشروط، على التوالي. يتم الحصول على هذه المعلمات في درجات حرارة مرتفعة، بينما حوالي كفاءات درجة حرارة الغرفة أعلى بنسبة 50%. يمثل كل سطر واحد من الخلايا الشمسية. لقد تم تعديل هذا الرقم من مرجع18. <a href="https://cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/55897/55897fig4large.jpg" target="_blank">الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-</a>
بسبب بطء التدفئة (0.1-0.3 درجة مئوية/دقيقة) خلال مرحلة تدفئة والقياسات في الوقت الحقيقي، تسمح هذه الأجهزة أيضا تلقائياً تحديد التبعية درجة الحرارة للخلايا الشمسية. يعرض الرقم 5 تبعية الفولتية الدائرة المفتوحة كما تم الحصول عليها من منحنيات التدفئة قبل تدهور التجارب. يوضح هذا الرسم البياني أن هناك خلافات بين الدائرة المفتوحة الجهد (Voc) درجة حرارة التبعية لمختلف الخلايا الشمسية CIGS، بينما معلمات أخرى مثل سلسلة المقاومة والدائرة القصيرة الحالية (لا يصور) عرض أكبر الاختلافات بين الخلايا. يمكن الاطلاع على وضع معلمات أخرى في مرجع34.
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55897/55897fig5v2.jpg"> الشكل 5 : درجة الحرارة التبعية للخلايا الشمسية CIGS- درجة حرارة التبعية من فولطية الدورة المفتوحة (Voc) لاثنين من الخلايا الشمسية CIGS غير المعبأة. تشير الألوان إلى تصميمات مختلفة من الخلايا الشمسية: مربعات زرقاء تمثل عينات مع إجراء تصميم وترسب الخلايا كما هو موضح أعلاه. دوائر حمراء تشير إلى خلية شمسية CIGS غير المعبأة في إحباط بوليميد مع امتصاص المودعة لدى كوفابوراتيون أيون-شعاع مساعدة. يمثل كل سطر واحد من الخلايا الشمسية. لقد تم تعديل هذا الرقم من مرجع34. <a href="https://cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/55897/55897fig5large.jpg" target="_blank">الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-</a>
ويبين الشكل 6 أن الاختلافات الصغيرة في تكوين الخلايا الشمسية يمكن أن يكون لها تأثير كبير على استقرار الجهاز. أظهرت هذه التجربة أن عينات القلوية الغنية التي تحتوي على كميات كبيرة من الصوديوم والبوتاسيوم درجة أعلى من كفاءة أولى، بل أنها تدهورت أيضا أكثر سرعة. من ناحية أخرى، كما تم إنتاج الخلايا الشمسية غير المعبأة مستقرة تقريبا التي لا يتضمن إلا كميات صغيرة من القلوي-عناصر (عينات "القلوي-الفقراء"). وهكذا كانت مستقرة تقريبا جوهريا هذه الخلايا الشمسية ولا تحتاج إلى أي مواد واقية. استناداً إلى هذه المعلومات جنبا إلى جنب مع نتائج التحليل السابق الموقع ، يمكن تحديد آليات تدهور الرئيسي لهذه العينات: لوحظ أن المحرك الرئيسي وراء الكفاءة-فقدان العينات الغنية بمادة قلوية انخفاضا حادا في أن تحول المقاومة16. عرض تحليل متعمق لخصائص هذه الخلايا أن هجرة القلوي-العناصر، وبشكل أكثر تحديداً من الصوديوم، ويبدو أن يسبب هذا الانخفاض. ويرد مزيد من المعلومات في المراجع16،20. مراحل لاحقة من هذه الدراسة تهدف إلى تطوير الخلايا الشمسية مع استقرار العينات الفقراء القلوي، وكفاءة الأولية عالية من العينات الغنية بمادة قلوية.
<img alt="Figure 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55897/55897fig6v2.jpg"> الرقم 6 : تأثير القلوي-المحتوى على استقرار الخلية الشمسية CIGS- تطور الكفاءة (يسار) والمقاومة التحويلة (يمين) من نوعين من الخلايا الشمسية CIGS غير معبأة يتعرض لحرارة رطبة بالإضافة إلى الإضاءة. خطوط الوردي والأرجواني تمثل عينات القلوي-الفقراء، بينما تمثل الخطوط الزرقاء العينات الغنية بالكلور القلوي. تم الحصول على القيم في درجات حرارة مرتفعة، بينما درجة حرارة الغرفة الكفاءة هي أعلى بنسبة 30-80%. يمثل كل سطر واحد من الخلايا الشمسية. وقد تم تعديل هذا الرقم من مرجع16. <a href="https://cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/55897/55897fig6large.jpg" target="_blank">الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-</a>
وثمة مثال آخر يركز على مختلف عينات كزتس19. يبين الشكل 7 أن الأنواع المختلفة من الخلايا الشمسية غير المعبأة إظهار سلوك رابعا مختلفة تحت حرارة رطبة بالإضافة إلى الإضاءة. تجدر الإشارة إلى أن هذه الخلايا ليست مثالية الخلايا الشمسية، حيث الزيادة في الكفاءة والجهد كما هو معروض في هذا الشكل لا يرجح أن الممثل للخلايا الشمسية كزتس بشكل عام، ويمكن أن يقدم أي تفسير لهذا السلوك. تحتاج المزيد من الدراسات ليتم تنفيذها لإعطاء بيانات موثوق بها عن الاستقرار هذه الخلايا.
<img alt="Figure 7" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55897/55897fig7v2.jpg"> الشكل 7 : كزتس الخلايا الشمسية التي تعرضت للحرارة رطبة بالإضافة إلى الإضاءة- تطور فولطية الدورة المفتوحة تم تسويتها والكفاءة من أربعة أنواع من غير محسنة الخلايا الشمسية كزتس غير المعبأة كدالة للزمن، يتعرض لحرارة رطبة بالإضافة إلى الإضاءة في درجات حرارة مرتفعة. ويصور كل لون نوع مختلف من الخلايا الشمسية كزتس. يمثل كل سطر واحد من الخلايا الشمسية. لقد تم تعديل هذا الرقم من مرجع19. <a href="https://cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/55897/55897fig7large.jpg" target="_blank">الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-</a>

Watch this Scientific Journal Video about In Situ Monitoring of the Accelerated Performance Degradation of Solar Cells and Modules: A Case Study for CuIn,GaSe2 Solar Cells at JoVE.com

In Situ Monitoring of the Accelerated Performance Degradation of Solar Cells and Modules: A Case Study for CuIn,GaSe2 Solar Cells

هما 'اختبار الإجهاد المجمعة مع القياس في الموقع ' الأجهزة، التي تسمح للرصد في الوقت الحقيقي للتدهور المتسارع للخلايا الشمسية والوحدات النمطية، تم تصميمها وبناؤها. تسمح هذه الأجهزة للاستخدام المتزامن للرطوبة والحرارة والتحيزات الكهربائية، والإضاءة التي تسيطر بشكل مستقل عوامل الإجهاد. عرض الأجهزة ومختلف التجارب المنفذة.

في الموقع رصد تدهور الأداء المتسارع للخلايا الشمسية والوحدات النمطية: دراسة حالة للخلايا الشمسية2 Se Cu (في, Ga)

The levelized cost of electricity (LCOE) of photovoltaic (PV) systems is determined by, among other factors, the PV module reliability. Better prediction ...

يمكن أن تساعد هذه الطريقة في الإجابة على الأسئلة الرئيسية حول موثوقية الخلايا الكهروضوئية، حول التأثير المشترك للإضاءة والأحمال الكهربائية والرطوبة ودرجة الحرارة. بالمقارنة مع اختبارات الموثوقية القياسية غير الإجهاد، هذه الطريقة لديها المزايا التالية: التعرض للضغوط مجتمعة، وانخفاض وقت الاختبار، ورصد الأداء في الوقت الحقيقي للجهاز. ويمكن ضبط مزيج من الضغوط لمحاكاة المناخ المحلي، مثل الظروف القطبية والصحراء.يمكن ضبط التحيزات الكهربائية لمحاكاة التأثيرات مثل التظليل الشخصي. يسمح قياس الأداء في الوقت الحقيقي بإجراء اختبار أسرع وأبسط. وهو يتعلمنا الكثير عن عملية التدهور ويسمح بتنبؤ أفضل أو منع أفضل من آليات التحلل التي تحدث في الأجهزة.ومن خلال هذا الإجراء، سيكون هانك ستيفرز، وكلاس باكر، وكارولين ساليو، وجميعهم من سولاينسينغ. لبدء الإجراء، إيداع 0.5 ميكرون من الموليبدينوم على الركيزة الزجاج الجير الصودا عن طريق طلاء البصق الحالي المباشر في تسلسل كومة ثنائي الطبقات. ثم، استخدام حل من هيدروكسيد الصوديوم واحد المولر و 0.3-المولار فيروزيانيد البوتاسيوم لحفر كهربائياً كيميائياً قطاع عرض ستة ملليمترات في الموليبدينوم على حافة جانب واحد طويل.بعد ذلك، قم بإيداع طبقة امتصاص CIGS سميكة بطبقة CIGS سميكة بطبقة الـCOevaporation في غرفة فراغ تحت غلاف جوي نحاسي ودريوم وغاليوم والسيلينيوم. ثم قم بإيداع 50 نانومتر من كبريتيد الكادميوم على العينة عن طريق ترسب الاستحمام الكيميائي. استخدام الترددات الراديوية sputering لإيداع 50-65 نانومتر من أكسيد الزنك الجوهرية و 80 إلى 1،000 نانومتر من أكسيد الزنك المشطب الألومنيوم على العينة.بعد ذلك، استخدم شفرة لإزالة أعلى أربع طبقات في شريط عرض 14 ملليمتر على حافة طويلة غير محفورة من العينة، وترك الاتصال الخلفي الموليبدينوم سليمة. مركز قناع على عينة وsputter معطف حواف العينة مع 60 نانومتر من الذهب لتشكيل الاتصالات، ثم استخدام القاطع الزجاج أو القلم الماس لقطع العينة إلى قطع واسعة سبعة ملليمترات، وبالتالي تشكيل العينات مع سبعة ملليمترات من خمسة ملليمتر السطوح الخلية. يمكنك اختبار أي جهاز تريد، أي خلية شمسية، أي وحدة، طالما يمكنك الاتصال بهم بطريقة موثوقة.وهذا يتطلب اتصالات مصنوعة من مواد مستقرة مثل الذهب. وإلا فقد تختبر استقرار جهات الاتصال بدلاً من أجهزتك. بعد ذلك، قياس أداء الجهد الحالي خارج الموقع من الخلايا الشمسية عينة تحت الظروف القياسية في تكوين مسبار من أربع نقاط.ثم ضع عينة تحت جهاز التصوير الحراري المضيئ مع إضاءة الأشعة تحت الحمراء وعدسة كاميرا IR 15 ميكرون. تضيء العينة وخريطة الاختلافات المكانية في درجة الحرارة. استخدم هذا لتحديد العينات المفيدة والسيئة.بعد ذلك، ضع العينة تحت أداة رسم خرائط الإضاءة الضوئية مع LED عالي الطاقة وسجل صورة ضوئية مكانية. يجب عليك أيضا استخدام العديد من تقنيات التحليل الأخرى بما في ذلك الكهربائي، spectrophotoluminescence، قياسات كفاءة الكم الخارجي، والمجهر. واستناداً إلى هذه القياسات قبل التعرض وبعده، يمكن تحديد آليات التحلل وربطها بخصائص ما قبل التعرض.تقييم كل عينة للعيوب البصرية واللمئية بهذه الطريقة. تخزين اثنين على الأقل من العينات غير المجاورة في مربع القفازات الأرجون مليئة كمرجعات. قم بتركيب الخلايا الشمسية غير المرجعية في حاملي العينات التي لا تلقي بظلال على الخلايا.تأكد من أن دبابيس القياس من أصحاب الاتصال الأمامي و الخلف الذهب اتصالات من العينات. ضع حامل العينة على رف العينة من إعداد CSI لتمكين الاتصال الكهربائي بين الخلايا الشمسية وأدوات القياس. ربط ثيرموكوبل للعينات.ضع رف العينة للإضاءة بواسطة مصدر ضوء كتلة الهواء 1.5، ثم قم بتشغيل معدات القياس والأحمال الكهربائية وحاسوب التحكم. افتح برنامج تسجيل القياس لتهيئة الأدوات، ثم قم بتصميم ملفات تعريف الإضاءة للقياسات. بعد ذلك، قم بتعبئة معلومات العينة وحدد ثيرموبل المرتبط لكل موضع نموذج.ثم، تعيين الجهد الأولي، والجهد النهائي، وعدد من الخطوات لقياسات الجهد الحالي. تعيين مواقع الحفظ التلقائي لبيانات الجهد الحالي. تحديد التحيزات الكهربائية للعينات إذا رغبت في ذلك.ثم إنشاء تسلسل قياس وإضافة مواقع العينة المناسبة. تعيين وقت الانتظار بين تسلسل في إطار القياس التلقائي، تليها زيادة سريعة إلى 85٪ الرطوبة النسبية، ثم بدء تسلسل غرفة المناخ، تشغيل الإضاءة، والتحول إلى نافذة المراقبة، والبدء في تسجيل القياسات الجهد الحالي. مراقبة الغرفة وعينة درجات الحرارة خلال المنحدر إلى 85 درجة مئوية.تأكد من أن المعلمات الكهربائية يتم تسجيلها ويجري إنشاء منحنيات الجهد الحالي. مرة واحدة في الغرفة تصل إلى 85 درجة مئوية، تأكد من أن الرطوبة الغرفة يزيد إلى 85٪ لاحظ هذا كـ الوقت البدء من تجربة التحلل. اترك العينات في الجهاز لمئات إلى آلاف الساعات، وقياس منحنيات الجهد الحالي كل خمس إلى 10 دقائق.ضبط التحيزات الكهربائية المطبقة على العينات أثناء التجربة حسب الرغبة. في نهاية التجربة، تسمح للغرفة أن تبرد إلى درجة حرارة الغرفة على مدى عدة ساعات قبل إزالة العينات. رسم التغييرات في المعلمات الكهربائية كدالة من وقت التعرض.إزالة العينات الباردة من الغرفة وتكرار قياسات خارج الموقع على الفور. تنفيذ جميع القياسات المستخدمة قبل التعرض. بعد ذلك، قم بتوصيف كل من العينات المتحللة والمرجعية مع إنعراج الأشعة السينية، والمنظار الطيفي الكتلي الأيوني الثانوي، والمجهر الإلكتروني المسحي، و SEM، والمسح الضوئي بالأشعة السينية، وتقنيات أخرى لمزيد من التحقيق في آليات الفشل.وفي هذا المثال، أظهرت البيانات المسجلة أثناء منحدر درجة الحرارة قبل تجارب تحلل الخلايا الشمسية التي أجريت في سيجس أن جهد الدائرة المفتوحة يختلف كدالة لدرجة الحرارة. هذه الخلايا الشمسية CIGS تتحلل في الكفاءة عندما تتعرض في وقت واحد للضوء والحرارة والرطوبة. ولوحظ انخفاض طفيف عند تعرض الخلايا الشمسية للحرارة الجافة والضوء.هنا كان انخفاض السلبية التحيز الجهد تأثير سلبي أكثر على استقرار الخلايا الشمسية CIGS من دائرة قصيرة، الدائرة المفتوحة، أو الحد الأقصى لظروف نقطة الطاقة في الحرارة الرطبة والضوء. أظهرت مجموعة من الخلايا الشمسية CIGS ملفقة بمحتويات عالية من الصوديوم والبوتاسيوم في البداية كفاءة عالية عندما أضيئت في حرارة رطبة ، ولكنها تدهورت بشكل أسرع من الخلايا القياسية. ومع ذلك، ظلت الخلايا الملفقة بمحتويات قلوية منخفضة مستقرة نسبياً في ظل نفس الظروف.وكشف المزيد من التحليل عن انخفاض حاد مقابل في مقاومة التحويلات للخلايا الغنية بالنيالي، والتي كانت تعزى إلى هجرة الصوديوم. بعد هذه النتائج، يجب تحليل الأجهزة بدقة مرة أخرى. وبناء على هذه النتائج، يمكن تحديد آليات التحلل للجهاز.هذه التقنية تسمح أيضا تحديد سلوك التحلل من وحدات كاملة النطاق.

Research

JoVE Journal

Engineering

In Situ Monitoring of the Accelerated Performance Degradation of Solar Cells and Modules: A Case Study for Cu(In,Ga)Se2 Solar Cells

Atom Probe Tomography Studies on the Cu(In,Ga)Se2 Grain Boundaries

Atom Probe Tomography Studies on the CuIn,GaSe2 Grain Boundaries

ذرة دقق دراسات التصوير المقطعي على النحاس (IN، جا) سي<sub&gt; 2</sub&gt; حدود الحبوب

Compared with the existent techniques, atom probe tomography is a unique technique able to chemically characterize the internal interfaces at the ...

Ambient Method for the Production of an Ionically Gated Carbon Nanotube Common Cathode in Tandem Organic Solar Cells

الطريقة المحيطة لإنتاج وIonically عن طريق بوابة الأنابيب الجزيئية الكربونية القطب السالب المشترك جنبا الى جنب في خلايا الشمسية العضوية

A method of fabricating organic photovoltaic (OPV) tandems that requires no vacuum processing is presented. These devices are comprised of two ...

Integration of Light Trapping Silver Nanostructures in Hydrogenated Microcrystalline Silicon Solar Cells by Transfer Printing

دمج ضوء الاصطياد الفضة النانوية في مهدرج الجريزوفولفين سيليكون الخلايا الشمسية عن طريق التحويل الطباعة

One of the potential applications of metal nanostructures is light trapping in solar cells, where unique optical properties of nanosized metals, commonly ...

Printing Fabrication of Bulk Heterojunction Solar Cells and In Situ Morphology Characterization

Printing Fabrication of Bulk Heterojunction Solar Cells and In Situ Morphology Characterization

الطباعة تصنيع السائبة متغاير الخلايا الشمسية و<em&gt; في الموقع</em&gt; الصرف توصيف

Polymer-based materials hold promise as low-cost, flexible efficient photovoltaic devices. Most laboratory efforts to achieve high performance devices ...

Digital Printing of Titanium Dioxide for Dye Sensitized Solar Cells

الطباعة الرقمية من ثاني أكسيد التيتانيوم للخلايا الشمسية صبغ الحساس

Silicon solar cell manufacturing is an expensive and high energy consuming process. In contrast, dye sensitized solar cell production is less ...

Monovalent Cation Doping of CH3NH3PbI3 for Efficient Perovskite Solar Cells

Monovalent Cation Doping of CH3NH3PbI3 for Efficient Perovskite Solar Cells

أحادي التكافؤ الموجبة المنشطات من CH<sub&gt; 3</sub&gt; NH<sub&gt; 3</sub&gt; PBI<sub&gt; 3</sub&gt; لكفاءة الخلايا الشمسية Perovskite

Here, we demonstrate the incorporation of monovalent cation additives into CH3NH3PbI3 perovskite in order to adjust the optical, excitonic, and electrical ...

Electrospinning of Photocatalytic Electrodes for Dye-sensitized Solar Cells

إلكتروسبينينغ من أقطاب تحفيز ضوئي للخلايا الشمسية توعية صبغ

This work demonstrates a protocol to fabricate a fiber-based photoanode for dye-sensitized solar cells, consisting of a light-scattering layer made of ...

Well-aligned Vertically Oriented ZnO Nanorod Arrays and their Application in Inverted Small Molecule Solar Cells

جيدا تمت محاذاته رأسياً الموجهة لأكسيد الزنك نانورود صفائف وتطبيقها في "مقلوب الصغيرة جزيء الخلايا الشمسية"

This manuscript describes how to design and fabricate efficient inverted solar cells, which are based on a two-dimensional conjugated small molecule ...

Indoor Experimental Assessment of the Efficiency and Irradiance Spot of the Achromatic Doublet on Glass (ADG) Fresnel Lens for Concentrating Photovoltaics

Indoor Experimental Assessment of the Efficiency and Irradiance Spot of the Achromatic Doublet on Glass ADG Fresnel Lens for Concentrating Photovoltaics

تقييم تجريبي داخلي للكفاءة والإشعاع بقعة ليبنوا متعامي على الزجاج (مساعد المدير العام) فريسنل العدسة لتركيز وحدات الطاقة الشمسية

We present a method to characterize achromatic Fresnel lenses for photovoltaic applications. The achromatic doublet on glass (ADG) Fresnel lens is ...

Methods of Ex Situ and In Situ Investigations of Structural Transformations: The Case of Crystallization of Metallic Glasses

Methods of Ex Situ and In Situ Investigations of Structural Transformations: The Case of Crystallization of Metallic Glasses

أساليب الموقع السابقين والتحقيق في عين المكان للتحولات الهيكلية: حالة بلورة نظارات معدنية

We demonstrate the use of two nuclear-based analytical methods that can follow the modifications of microstructural arrangement of iron-based metallic ...