Microscheuren in zonnecellen vormen een veelvoorkomende uitdaging voor fabrikanten van fotovoltaïsche zonnepanelen. Door de EU gefinancierde onderzoekers introduceerden een innovatieve voorspantechniek om de groei van scheuren te vertragen en duurzame zonnecellen te maken.

Gewone silicium zonnecellen zijn gemaakt van zeer dunne wafels, meestal rond de 200 micron dik. Hoewel ze enig vermogen hebben om te buigen, ze kunnen last hebben van scheuren – vaak veroorzaakt door mechanische krachten of thermische spanningen. Deze microscheurtjes zijn zo klein dat ze met het blote oog niet te zien zijn, opsporing moeilijk maken. "Met name microscheurtjes kunnen worden veroorzaakt door een slechte behandeling van de zonnecellen tijdens hun productie, door transport- of installatieschade van de modules of door blootstelling aan verschillende klimatologische impactfactoren, " merkt prof. Marco Paggi op, die de leiding heeft gehad over het door de EU gefinancierde project PHYSIC.

Voortbouwend op het baanbrekende onderzoek dat is uitgevoerd door een ander project dat is toegekend door de European Research Council, onderzoekers die aan PHYSIC werkten, concludeerden dat alle oorzaken van barsten in siliciumzonnecellen voornamelijk te maken hebben met de brosheid van het materiaal. Daarom, de industriële trend om de dikte van zonnecellen te verminderen om materiaal te besparen, kan het effect van scheuren versterken en schadelijk zijn voor de duurzaamheid van de fotovoltaïsche module.

Een kleine spanning verhoogt de geleidbaarheid

Om een ​​mogelijke remedie voor scheurgroei te vinden, onderzoekers namen een mechanisch perspectief op het probleem. De kern van hun aanpak was dat zonnecellen geen op zichzelf staande componenten zijn, maar zijn eerder ingebed in een laminaatstructuur die is samengesteld uit verschillende lagen van verschillende materialen, waaronder glas en polymeren.

Het team richtte zich op de restspanningen die aanwezig zijn tijdens het lamineerproces en die worden veroorzaakt door de verschillende thermo-elastische eigenschappen van verschillende materialen. "Zorgvuldige analyse leidde tot de ontdekking dat het uitoefenen van een zwakke resterende drukspanning op zonnecellen na de fabricage van de module de elektrische geleidbaarheid rond elke scheur kan verhogen. Vanwege deze gewenste restspanningen, scheuren hebben de neiging om te sluiten, elektrische stroom er vrij doorheen laten gaan, " legt prof. Paggi uit.

Door een innovatieve voorspanningstechniek toe te passen op het materiaal van de achterplaat - de laatste polymere laag die de laminaatstructuur vormt die tegenover het glas wordt gevonden - slaagden onderzoekers erin de hoeveelheid drukspanningen in silicium te verhogen en een scheursluiting te bereiken voor de meeste scheuren . Elektroluminescentiegegevens van gebarsten zonnecellen voor en na de behandeling leverden duidelijk bewijs dat de donkere delen van de zonnecel weer elektrisch geleidend worden na de nieuw voorgestelde voorspanningstechniek.

Weerstand tegen scheuren is belangrijk

PHYSIC heeft een nieuwe generatie fotovoltaïsche modules onthuld die superieure weerstand bieden tegen scheuren. De projectaanpak was gebaseerd op fundamentele mechanische principes van composieten die tot nu toe niet zijn aangepakt door fotovoltaïsche fabrikanten. "Het verwaarlozen van materiaaldegradatieproblemen kan zeer schadelijk zijn voor de werking van fotovoltaïsche modules, wat leidt tot elektrische vermogensverliezen die veel hoger zijn dan wat wordt bespaard door te focussen op het verhogen van de efficiëntie van de omzetting van zonne-energie, " voegt prof. Paggi toe.