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Selon la norme de test, la dégradation causée par la lumière et la température élevée

La mise en place du test LeTID conçu par WAVELABS en collaboration avec le Fraunhofer CSP permet des tests de fiabilité LID quantitatifs. Wavelabs.

La mise en place d’un test LeTID conçu par WAVELABS en collaboration avec le Fraunhofer CSP permet des tests de fiabilité LID quantitatifs. Wavelabs.

Dans l’enquête PVEL 2018, la dégradation induite par la lumière (LID, LeTID) a été identifiée comme l’échec le plus inquiétant pour les investisseurs présentant de graves risques financiers. [1]. Une des raisons est que la faute est encore relativement nouvelle et pas entièrement compréhensible en raison de sa complexité. Pour réduire ces risques, le consortium LeTID Norm travaille sur une norme pour tester la sensibilité LeTID. À cette fin, le consortium rassemble les expériences des fabricants de cellules de recherche, des instituts de recherche, des installations de test et des exploitants de centrales photovoltaïques. Par conséquent, la norme d’essai proposée est basée sur une meilleure compréhension de la défaillance causée par LeTID en combinaison avec l’applicabilité pratique de la procédure d’essai.

Dégradation induite par la lumière – connaissances scientifiques actuelles

Le phénomène d’éclairage qui conduit à la perte d’efficacité des cellules solaires est étudié depuis plus de 40 ans. Plusieurs mécanismes à l’origine d’une telle dégradation ont été étudiés, notamment l’activation des défauts bore-oxygène (BO), la dissociation des paires fer-bore (FeB), la dégradation due au cuivre (Cu-LID), l’éponge-LID et la dégradation causée par des températures douces et élevées. ). Il est bien connu que tous ces inconvénients sont activés par l’injection du porteur de charge, ie. Équivalent à l’éclairage ou à l’injection électrique [2].

Alors que la plupart de ces mécanismes sont activés pendant le fonctionnement en quelques minutes (FeB) ou quelques jours (BO, Cu-LID et sponge-LID), des années passent jusqu’à ce que la dégradation du LeTID atteigne son maximum. [3]. En raison des délais significativement différents, il est important de déterminer le LeTID en plus d’autres mécanismes de LID pour estimer les pertes d’exploitation totales. La séparation LeTID est réalisable, car cette dégradation ne peut être observée qu’au-dessus de 50-60 ° C, ce qui implique des temps de test d’ordre de séquence. Assez généralement, la cinétique s’accélère fortement avec l’augmentation de la température [2]. Cependant, des températures élevées supérieures à 75 ° C réduisent le degré de dégradation, car la régénération qui se produit par la suite jusqu’à la dégradation est encore plus rapide (voir figure 1). À une température relativement basse de 25 ° C, la cellule dégradée montre une récupération des paramètres de cellule dégradés sous illumination. Cette récupération diffère de la régénération enregistrée à température élevée, car elle se traduit par un état instable, qui se dégrade à nouveau lors du traitement à température élevée. [4].

Figure 1. Comportement typique du LeTID pour la décomposition et la régénération de la tension normalisée en circuit ouvert (Voc) des cellules solaires pendant un éclairage équivalent à un soleil à 75 ° C, 100 ° C, 115 ° C et 135 ° C

Figure 1. Comportement typique du LeTID pour la décomposition et la régénération de la tension normalisée en circuit ouvert (Voc) des cellules solaires pendant un éclairage équivalent à un soleil à 75 ° C, 100 ° C, 115 ° C et 135 ° C

Des recherches ont également montré que le processus cellulaire influence fortement la dégradation. Plus la température de l’étape du processus de cuisson est élevée (la dernière étape de haute température dans la production de cellules), plus la décomposition est forte [5]. Des vitesses de refroidissement plus lentes après avoir atteint la température maximale pendant l’étape de cuisson peuvent réduire le LeTID [6]. En outre, avant le recuit avant l’étape de cuisson ou après le recuit après l’étape de cuisson peut réduire le LeTID [7]. Il a également été démontré qu’ils étaient des plaquettes plus minces [8] et les étapes pour obtenir des impuretés métalliques réduisent LeTID [9]. Ces dernières années, plusieurs publications ont montré que la forte teneur en hydrogène introduite dans le silicium à partir de la couche de passivation de nitrure de silicium par les cellules PERC conduit à un LeTID plus rapide et plus fort. [10,11].

Il n’existe actuellement aucun modèle commun pour la cause et la description du LeTID. En raison de la forte influence de l’hydrogène sur le LeTID, l’UNSW a introduit un « modèle à trois seaux / quatre états », qui suppose que l’hydrogène est la seule cause du LeTID [12]. Schmidt et coll. supposons que les impuretés de métaux de transition 3D soient la cause principale. Dans ce modèle, on suppose que l’état après la cuisson est que les impuretés métalliques interstitielles sont appariées avec des atomes d’hydrogène et on suppose que la recombinaison inactive [13].

Dans le cadre du projet LeTID Norm, un modèle a été développé qui suppose que les impuretés de métaux de transition 3D se dissolvant à partir de précipités d’hydrogène-silicium évaporés avec l’hydrogène provoquent une dégradation (voir figure 2). Les propriétés de Co, Ni et Cu (toutes les impuretés courantes dans les plaquettes et les cellules PV à des concentrations typiques allant jusqu’à 10 ou plus) sont bien connues dans ce modèle.13 cm-3) formation de petites plaquettes métastables de type MSi2 même après le refroidissement le plus rapide à température ambiante [14] ils sont utilisés pour expliquer la faible activité de recombinaison après cuisson, malgré la présence d’impuretés métalliques. Ce modèle couvre tous les faits actuellement connus sur LeTID. Des investigations complémentaires seront nécessaires pour confirmer ou réfuter ces trois modèles.

Figure 2. Représentation schématique du modèle LeTID proposé par le consortium LeTID Norm

Figure 2. Représentation schématique du modèle LeTID proposé par le consortium LeTID Norm

Ceci est un extrait d’un article technique publié pour la première fois dans le 23e volume de PV Tech Power. L’article entier peut être lire ici, ou dans une copie numérique complète de PV Tech Power 23, qui peut être télécharger gratuitement ici

Allégations

[1] Recherche PVEL, 2018

[2] F. Kersten et coll. 2015 «Décomposition de cellules et modules solaires en silicium multicristallin après élévation à température élevée», Matériaux d’énergie solaire et cellules solaires; 142: 83-86.

[3] F. Kersten et coll. 2017. «Perte de performance du système due au LeTID», procédure énergétique, volume 124, 540-546.

[4] F. Kersten et coll. 2015 «Nouvel effet de la dégradation volumique induite par la lumière des cellules solaires et des modules mc-Si», Actes de la 31e EU PVSEC.

[5] D. Bredemeier et coll. 2016, «Dégradation et régénération à vie dans du silicium multicristallin sous un éclairage à température élevée», AIP Advances 6, 035119, 2016.

[6] R. Eberle et coll. 2016, «Influence du profil de température de cuisson sur la dégradation induite par la lumière du silicium multicristallin», Physica status solidi – recherche rapide, lettres 10, 861-865.

[7] T.H. Fung, C. E. Chan, B. J. Hallam, D.N.R. Payne, M.A. Abbot et S.R. Wenham 2017 «L’effet du recuit sur la formation et l’atténuation des défauts induits par les porteurs dans le silicium multicristallin», Energy Procedia Vol. 124, 726–733

[8] D. Bredemeier, D.C. Walter et J. Schmidt 2018, «Candidats possibles pour les impuretés dans les plaquettes de mc-Si responsables de la dégradation et de la régénération induites par la lumière», Sol. RRL 2, 1700159.

[9] D. Bredemeier, D.C. Walter, J.Schmidt 2018, Candidats possibles pour les impuretés dans les plaquettes de mc-Si responsables de la dégradation et de la régénération de la vie induites par la lumière, Sol.RRL. 2 1700159

[10] C. Vargas et coll. 2018, «Dégradation causée par un support dans le silicium multicristallin: dépendance à la couche de passivation de nitrure de silicium et d’hydrogène libéré lors de la cuisson», IEEE JOURNAL OF PHOTOVOLTAICS, VOL. 8, NON. 2

[11] U. Varshney et coll. 2018, «Influence de l’épaisseur de la couche de passivation diélectrique sur LeTID dans le silicium multicristallin», 7. WCPEC, Waikoloa, Hawaii.

[12] A. Wenham et coll. 2018, «Dégradation de l’hydrogène», 7e WCPEC, Waikoloa, Hawaï.

[13] J. Schmidt, D. Bredemeier et D.C. Walter 2019, «Sur la physique des défauts derrière la lumière et la température élevée provoqués par la dégradation (LeTID) des cellules solaires en silicium multicristallin», IEEE JOURNAL OF PHOTOVOLTAICS, vol. 9, non. 6, 2019.

[14] W Bergholz 1981, «Sur la diffusion du Co en Si et son applicabilité au problème des défauts internes du Si», J. Phys. D: Pétition Phys. 14 1099 et J. Utzig 1988 « Propriétés du cobalt dans le silicium FZ et CZ étudiées par spectroscopie Mössbauer », Journal of Applied Physics 64, 3629

Mots clés:
letid, pv tech power 24, fraunhofer csp, wave labs, article technique, performance de l’usine, surveillance