Solar cell degradation: The role of moisture ingress

Oscar Kwame Segbefia disputerer 16. august 2023 med ph.d.-avhandlingen Solar cell degradation: The role of moisture ingress

Segbefia har fulgt ph.d.-programmet ved Teknologi og realfag, med spesialisering i ingeniørvitenskap, fagområde fornybar energi.

Slik oppsummerer kandidaten avhandlingen:

Inntrengning av fuktighet er en av de viktigste feilmekanismene som er ansvarlig for nedbrytning av fotovoltaiske (PV) enheter. Fuktighets- og fuktinduserte nedbrytningsprodukter (MID) kan angripe solcellen og PV-modulkomponentene som kan føre til degradering av solcellene (f.eks. mikrosprekker), korrosjon, optisk nedbrytning, potensiell indusert nedbrytning (PID), etc. Disse MID-mekanismene har alvorlige implikasjoner for ytelsespåliteligheten til PV-moduler. Å forstå påvirkningen av fuktighetsinntrengning på nedbrytningen av solcellepaneler vil øke interessen for å investere i solenergiinstallasjoner globalt, spesielt i Norden. I denne tesen undersøkes effekten av fuktinntrengning på 20 år gamle feltaldrede multikrystallinsk silisium (mc-Si) PV-moduler. De defekte områdene i PV-modulene ble identifisert ved bruk av visuell inspeksjon, elektroluminescens (EL), ultrafiolett fluorescens (UV-F) og infrarød termisk (IR-T) teknikker. Skanningelektronmikroskopi og energidispersiv røntgenspektroskopi (SEM-EDS) analyser ble brukt for å belyse fuktighetens rolle på de observerte nedbrytningsmekanismene. I tillegg brukes temperaturkoeffisientprofilering som et diagnostisk verktøy for å karakterisere ulike fuktinduserte defekter.

Frontinnkapslingen bestående av etylenvinylacetat (EVA) ble funnet å gjennomgå optisk nedbrytning, og de ekstraherte cellene viser mørkt misfargede Tedlar®/Polyester/Tedlar® (TPT) baksideark. Korrosjon ved loddeforbindelsen var dominerende og tilskrives oppløsning av bly og tinn (hovedkomponenter i loddemetall) og Ag-gitteret i fuktighet og eddiksyre på grunn av galvanisk korrosjon. Nedbrytning av EVA-innkapslingen produserer eddiksyre, karbondioksid, fosfor, svovel, fluor og klor. Det ble observert at under påvirkning av fuktinntrengning, migrerer utlutede metallioner, f.eks. Na, Ag, Pb, Sn, Cu, Zn og Al, til overflaten av solcellene. Dette førte til dannelsen av oksider, hydroksider, sulfider, fosfater, acetater og karbonater av sølv, bly, tinn, kobber, sink og aluminium. Også andre konkurrerende reaksjoner førte til dannelsen av stannater av kobber, sølv, natrium og sink. På samme måte fører migrering av sølv og aluminium til overflatene til TiO2 antirefleksjonsbelegg (ARC) nanopartikler (NP) til dannelse av titan-aluminiumoksid og sølv-titanoksid-komplekser. Dannelse av disse titanium-metallkompleksene påvirker den elektrooptisk effektiviteten til TiO2 ARC i PV-modulen. I tillegg, i nærvær av fuktighet og eddiksyre, korroderes Pb fortrinnsvis (for å danne blyacetatkomplekser) i stedet for det forventede offer-Sn i loddetinn. I EL- og UV-F-bildene vises disse nedbrytningsartene som mørke flekker, og som varme flekker i IR-T-bilder. Enda viktigere er at disse MID-defektene og feilmodusene fører til parasittiske motstandstap og mistilpasningstap, og dermed forringelse av strømspenningskarakteristikkene (I-V), temperaturkoeffisientene og maksimal effekt (Pmax) til felteldede PV-moduler. De observerte temperaturfølsomhetene er karakteristiske for forskjellige fuktinduserte defekter. Til sammen har dette arbeidet forklart forståelsen og oppdagelsen av MID-fenomener i feltutplasserte solcellepaneler.

Mer om tid og sted for disputas finner du her.