Ученые уже доказали: новое покрытие сделает солнечные панели дешевле и надежнее

Группа исследователей под руководством Национального института солнечной энергии Франции (INES) — подразделения Комиссии по атомной и альтернативной энергетике Франции (CEA) — исследовала надежность гетеропереходных солнечных панелей в условиях высокой температуры и влажности и нашла способ повысить их надежность. Их работа описана в статье, опубликованной в журнале Solar Energy Materials and Solar Cells.

Ученые проверили панели в рамках теста DH, когда фотоэлектрический модуль помещается в контролируемую камеру с температурой 85 °C и влажностью 85% на срок не менее 1000 часов. Ученые пришли к выводу, что нанесение тонкого слоя оксида индия и олова (слои ITO) в сочетании с защитным слоем из нитрида кремния (SiNx) помогает поддерживать высокий уровень надежности солнечных панелей.

Кстати, недавно появилась новая технология, повышающая мощность солнечных панелей на 35%. В ее основе лежит манипулирование сегнетоэлектрическими доменами посредством поляризации переменного тока.

"Для нашего тестирования мы использовали различные структуры ячеек с различной толщиной ITO и различными покровными слоями. Исследование проводилось в масштабе модуля, а не только в масштабе ячейки, и показало, что уменьшение толщины ITO ускоряет механизмы деградации, вызванные натрием и влагой," — рассказала PV Magazine автор исследования Люси Пиро-Берсон.

Судя по результатам, сокращение потребления индия, которое необходимо для гетеропереходной технологии, может быть затруднено. Однако некоторые поверхностные слои из SiNX или оксинитрида кремния (SiOyNz) обеспечивают защиту от деградации, вызванной натрием, и могут использоваться в сочетании с ITO.

Ученые в эксперименте использовали ячейки на основе пластин M2 n-типа толщиной 160 мкм. Они протестировали три различных слоя ITO толщиной 15 нм, 30 нм и 100 нм, а также различные диэлектрические покрытия SiO X и SiN X, которые были добавлены поверх тонких слоев ITO. Слои TCO были нанесены с помощью оборудования для плазменно-усиленного химического осаждения из паровой фазы (PECVD), предоставленного швейцарской компанией Meyer Burger.

Фотоэлектрические ячейки были инкапсулированы с помощью термопластичного полиолефина в модулях типа стекло-стекло и стекло-задний лист. Модули были ламинированы при 160 °C со временем ламинирования 18 мин.

В экстремальных условиях теста модули стекло-стекло оказались особенно восприимчивыми к деградации из-за влаги по краям, тогда как для панелей стекло-задний лист основное проникновение влаги было обнаружено с задней стороны. Кроме того, ученые обнаружили, что в панелях стекло-стекло ионы натрия постепенно высвобождаются вдоль стекла с обеих сторон, тогда как в модулях стекло-задний лист они высвобождаются только с передней стороны.

"В целом, проникновение влаги больше в модули со стеклянным задним листом, чем в модули с двойным стеклом из-за проникновения через слой заднего листа. Это большее проникновение влаги приводит к большему выщелачиванию стекла и деградации, вызванной влагой, а также к большей деградации, вызванной натрием, в модулях со стеклянным задним листом", — объяснили ученые.

Обнаружили также, что слои, покрывающие панели спереди обеспечивают защиту от деградации, вызванной натрием, и сильно снижают потери тока. Однако лазерная резка этих поверхностей может привести к дефектам на краях элементов, поэтому метод нуждается в дополнительной оптимизации. К тому же, передние слои не снижают потери модулей, а даже увеличивают их.

"Наконец, мы предлагаем способ снижения содержания индия на 85% при сохранении производительности и долговечности гетеропереходных модулей", — заключили они.

Индий — это редкоземельный полупроводник, который стоит дорого. Если использовать меньше этого материала, то себестоимость солнечной панели должна снизиться.