Pesquisadores do Instituto Fraunhofer de Sistemas de Energia Solar da Alemanha (Fraunhofer ISE) investigaram a estabilidade contra a exposição UV de três tipos de tecnologias de células solares convencionais – contato passivado por óxido de túnel (TOPCon), emissor passivado e célula traseira (PERC) e heterojunção (HJT) – e descobriram que todas elas podem sofrer de degradação de voltagem implícita grave.
Eles explicaram que a degradação induzida por UV (UVID) pode levar a perdas inesperadas de voltagem e eficiência no futuro, especialmente quando um histórico maior de UVID pode estar disponível. “Um exemplo proeminente disso é a degradação induzida por luz e temperatura elevada (LeTID), que causou perdas imprevistas em módulos PERC durante a operação de campo”, eles declararam. “Relatórios recentes sugerem que um cenário semelhante pode se repetir devido à UVID para todas as três arquiteturas de células modernas.”
Os efeitos nocivos da radiação UV em painéis solares com encapsulantes de módulo transparentes têm sido amplamente associados a UV e o envelhecimento de materiais de embalagem de módulo, o que leva à descoloração do encapsulante, delaminação e rachaduras na folha traseira. Em particular, a luz UV pode contribuir para a formação de ácido acético no encapsulante do módulo, o que corrói a grade de contato da célula. O desempenho da célula solar também é afetado negativamente pela radiação UV por meio da geração de defeitos de superfície. Dentro de uma célula solar de silício, a luz UV pode causar danos às camadas de passivação, ao silício abaixo e na interface entre os dois.
“Atualmente, os encapsulantes transparentes a UV são o padrão para a parte frontal do módulo”, disse o principal autor da pesquisa, Fabian Thome, à pv magazine. “O uso de encapsulantes bloqueadores de UV certamente pode ser uma estratégia para reduzir a UVID, mas isso tem o custo de uma menor eficiência do módulo. Sabemos de alguns fabricantes que já usam essa estratégia. Parece ser uma boa solução intermediária até que a UVID seja resolvida no nível da célula.”
No estudo “UV-Induced Degradation of Industrial PERC, TOPCon, and HJT Solar Cells: The Next Big Reliability Challenge?”, publicado na RRL Solar, os pesquisadores explicaram que sua análise considerou células solares comerciais e de laboratório, sem revelar os nomes dos fabricantes. Os dispositivos foram expostos à radiação de lâmpadas UV-340 sem cobertura.
“Para estabelecer uma conexão entre os testes de laboratório e a aplicação em campo, analisamos dados de um local de teste no deserto de Negev, Israel, desde 2019”, disseram eles. “Na sequência de teste UV, três células por grupo foram expostas à radiação UV da frente e duas da parte traseira, com os respectivos lados opostos cobertos.”
Os testes mostraram que a exposição traseira levou a menos UVID do que a exposição frontal, com todas as tecnologias sofrendo perdas de tensão acima de 5 mV após 60 kWh m−2. “Após a exposição UV, a recombinação adicional — uma medida para a formação de defeitos — foi mais pronunciada para PERC do que para TOPCon; mas a perda de tensão foi comparável”, disse Thome. “Isso ocorre porque TOPCon tem uma qualidade de passivação mais alta e, portanto, ‘sente’ até mesmo pequenas quantidades de defeitos. Quanto maior a eficiência inicial, maior a sensibilidade até mesmo a pequenas quantidades de defeitos adicionais.”
A análise também mostrou que as camadas de passivação baseadas em óxido de alumínio (AlOx) e nitreto de silício (SiNy), que são comumente depositadas em células TOPCon via deposição de camada atômica (ALD), podem aumentar a estabilidade UV desses dispositivos em comparação com camadas normalmente utilizadas em células PERC e HJT, que são depositadas por meio de deposição química de vapor aprimorada por plasma (PECVD).
“Componentes comuns a todas as três tecnologias de células também podem ser importantes para a estabilidade UV. “Um exemplo seria o índice de refração e a espessura das camadas de nitreto de silício, que determinam a dose UV efetiva que atinge o silício”, concluiu Thome.
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