Skip to main content

Photovoltaic with superior crack resistance

Article Category

Article available in the folowing languages:

Rozwiązanie problemu pękania umożliwia produkcję wytrzymałych ogniw słonecznych

Mikropęknięcia w ogniwach słonecznych stanowią jedno z głównych wyzwań, którym muszą stawić czoła producenci modułów fotowoltaicznych. W ramach badania naukowego finansowanego ze środków UE, naukowcy opracowali technologię sprężania, która pozwala na opóźnienie rozszerzania się pęknięć i wytwarzanie wytrzymałych ogniw fotowoltaicznych.

Technologie przemysłowe
Energia

Standardowe ogniwa słoneczne są produkowane z bardzo cienkich wafli krzemowych o grubości wynoszącej zazwyczaj około 200 mikronów. Pomimo tego, że charakteryzują się one ograniczoną zdolnością do uginania się, częstym problem występującym w ogniwach tego rodzaju jest pękanie spowodowane działaniem sił mechanicznych lub naprężeń termicznych. Występujące mikropęknięcia są niemożliwe do dostrzeżenia gołym okiem, co powoduje, że ich wykrywanie staje się niezwykle trudne. „W wielu przypadkach mikropęknięcia mogą być spowodowane na przykład przez niewłaściwe obchodzenie się z ogniwami słonecznymi w czasie procesu produkcji, nieprawidłowy transport oraz uszkodzenia powstałe w wyniku montażu, a także narażenie ogniw na działanie różnego rodzaju niesprzyjających warunków pogodowych”, zauważa profesor Marco Paggi, kierownik finansowanego przez UE projektu PHYSIC. W oparciu o wyniki pionierskich badań przeprowadzonych przez naukowców pracujących w ramach innego projektu finansowanego przez Europejską Radę ds. Badań Naukowych, naukowcy uczestniczący w projekcie PHYSIC uznali, że wszystkie przyczyny pękania krzemowych ogniw fotowoltaicznych są związane przede wszystkim z kruchością materiału zastosowanego do ich produkcji. W związku z tym tendencja branży do zmniejszania grubości ogniw słonecznych w celu oszczędzania materiału może doprowadzić do pogłębienia problemu mikropęknięć i wpłynąć negatywnie na trwałość modułów fotowoltaicznych. Niewielkie naprężenie zwiększa przewodnictwo W celu znalezienia remedium na powstawanie pęknięć, naukowcy zdecydowali się spojrzeć na problem z punktu widzenia mechaniki. Ich podejście opierało się na założeniu, że ogniwa słoneczne nie są samodzielnymi elementami, lecz stanowią jeden z elementów struktury laminatu składającej się z różnych warstw i zróżnicowanych materiałów, w tym szkła i polimerów. Biorąc pod uwagę ten fakt, zespół skupił się na naprężeniach resztkowych występujących w procesie laminacji, spowodowanych różnymi właściwościami termoelastycznymi wykorzystywanych materiałów. „Przeprowadzone przez nasz zespół wnikliwe badania i analizy pozwoliły nam zrozumieć, że wywarcie niewielkiego ściskającego naprężenia resztkowego na ogniwa słoneczne po wyprodukowaniu modułu może zwiększyć przewodnictwo elektryczne wokół pęknięć. Pożądane napięcia szczątkowe sprawiają, że pęknięcia mają tendencję do zamykania się, pozwalając prądowi elektrycznemu swobodnie przez nie przepływać”, wyjaśnia prof. Paggi. Dzięki zastosowaniu innowacyjnej techniki naprężeń wstępnych tylnej powłoki ogniwa – ostatniej warstwy polimerowej tworzącej strukturę laminatu, która znajduje się po przeciwnej stronie szkła – badaczom udało się zwiększyć ilość naprężeń ściskających w krzemie i doprowadzić tym sposobem do zamknięcia większości pęknięć. Dane dotyczące elektroluminescencji popękanych ogniw słonecznych przed i po zastosowaniu nowego rozwiązania stanowiły wyraźny dowód na to, że nowa technika obejmująca stosowanie naprężeń wstępnych spowodowała ponowne uaktywnienie uszkodzonych części ogniwa słonecznego. Odporność na pęknięcia jest ważna Badacze pracujący nad projektem PHYSIC zaprezentowali moduły fotowoltaiczne nowej generacji, oferujące znacznie lepszą odporność na pękanie niż dotychczasowe rozwiązania. Podejście projektowe opierało się na podstawowych zasadach mechaniki kompozytów, do tej pory niewykorzystywanych przez producentów modułów fotowoltaicznych. „Zaniedbywanie kwestii degradacji materiału może okazać się bardzo szkodliwe dla pracy modułów fotowoltaicznych, prowadząc do strat energii elektrycznej znacznie większych niż zyski płynące z prac ukierunkowanych na zwiększenie sprawności konwersji energii słonecznej na energię elektryczną”, dodaje prof. Paggi.

Słowa kluczowe

PHYSIC, pękanie, moduły fotowoltaiczne, naprężenia wstępne, krzem, naprężenia szczątkowe, przewodnictwo, zamykanie pęknięć

Znajdź inne artykuły w tej samej dziedzinie zastosowania