Betere siliciumzonnepanelen

Onderzoekers van het Amerikaanse ministerie van Energie's National Renewable Energy Laboratory (NREL) en Colorado School of Mines passen een nieuwe techniek toe om defecten in siliciumzonnecellen te identificeren die een daling van de efficiëntie veroorzaken. De lessen die op atomair niveau zijn geleerd, kunnen leiden tot verbeteringen in de manier waarop fabrikanten hun producten versterken tegen wat bekend staat als door licht veroorzaakte degradatie.

Door licht veroorzaakte degradatie, of LID, verlaagt de efficiëntie van siliciumzonnecellen met ongeveer 2%, wat neerkomt op een aanzienlijke daling van het uitgangsvermogen gedurende de 30- tot 40-jarige levensduur van de technologie die in het veld wordt gebruikt. Zonnecellen gemaakt van silicium zijn goed voor meer dan 96% van de wereldmarkt, en de meest gebruikte halfgeleider die wordt gebruikt bij de vervaardiging van deze cellen is gemaakt van met borium gedoteerd silicium. Maar met borium gedoteerd silicium is gevoelig voor LID, dus hebben fabrikanten methoden ontwikkeld om de zonnepanelen te stabiliseren.

Zonder inzicht in de defecten op atomair niveau, zeiden de onderzoekers dat het onmogelijk is om de stabiliteit van die modules te voorspellen.

& quot;Sommige modules zijn volledig gestabiliseerd. Sommigen van hen zijn slechts half gestabiliseerd," zei Abigail Meyer, een Ph.D. kandidaat bij Mines en onderzoeker bij NREL. Ze is de hoofdauteur van een nieuw artikel waarin de inspanningen worden beschreven om de bron van het LID-fenomeen te achterhalen. Het artikel,"Atomic Structure of Light-Induced Efficiency-degrading Defect in met boor gedoteerde Czochralski-siliciumzonnecellen," verschijnt in het journaalEnergie&versterker; Milieuwetenschappen.

Haar co-auteurs zijn Vincenzo LaSalvia, William Nemeth, Matthew Page, David Young, Paul Stradins, allemaal van NREL; Sumit Agarwal, Michael Venuti en Serena Eley, die uit Mines komen; en P. Craig Taylor, een gepensioneerde mijnbouwprofessor die advies gaf over het onderzoek.

Stradins, een hoofdwetenschapper en een projectleider in silicium fotovoltaïsch onderzoek bij NREL, zei dat het probleem van LID al tientallen jaren wordt bestudeerd, maar de exacte microscopische aard van de oorzaak van de degradatie is niet vastgesteld. Onderzoekers hebben door middel van indirecte experimenten en theorie geconcludeerd dat het probleem kleiner wordt als er minder boor wordt gebruikt of als er minder zuurstof in het silicium zit.

De samenwerking tussen NREL en Mines-onderzoekers was gebaseerd op elektronenparamagnetische resonantie (EPR) om defecten te identificeren die verantwoordelijk zijn voor de LID. Voor het eerst onthulde het microscopisch onderzoek een duidelijke defectsignatuur naarmate de zonnecellen van het monster meer werden afgebroken door licht. De defectsignatuur verdween toen de wetenschappers de empirische"regeneratie" proces om de LID te genezen die de industrie heeft aangenomen. Tot hun verbazing vonden de onderzoekers ook een tweede,"brede" EPR-handtekening beïnvloed door blootstelling aan licht, waarbij veel meer doteringsatomen betrokken zijn dan er LID-defecten zijn. Ze veronderstelden dat niet alle atomaire veranderingen veroorzaakt door licht tot de LID leiden.

De technieken die zijn ontwikkeld om LID te bestuderen, kunnen worden uitgebreid om andere soorten degraderende defecten in siliciumzonnecellen en in andere halfgeleidermaterialen die in fotovoltaïsche energie worden gebruikt, waaronder cadmiumtelluride en perovskieten, aan het licht te brengen, merkten de wetenschappers op.

Het Solar Energy Technologies Office binnen het Department of Energy financierde het onderzoek.