Bessere Silizium-Solarmodule

Forscher des National Renewable Energy Laboratory (NREL) des US-Energieministeriums&und der Colorado School of Mines wenden eine neue Technik an, um Defekte in Siliziumsolarzellen zu identifizieren, die zu einem Abfall des Wirkungsgrads führen. Die auf atomarer Ebene gewonnenen Erkenntnisse könnten zu Verbesserungen bei der Art und Weise führen, wie Hersteller ihre Produkte gegen die sogenannte lichtinduzierte Degradation stärken.

Die lichtinduzierte Degradation (LID) verringert den Wirkungsgrad von Siliziumsolarzellen um etwa 2 %, was über die 30 bis 40 Jahre lange Lebensdauer der im Feld eingesetzten Technologie zu einem deutlichen Rückgang der Leistungsabgabe führt. Solarzellen aus Silizium machen mehr als 96 % des Weltmarktes aus, wobei der am häufigsten verwendete Halbleiter bei der Herstellung dieser Zellen aus bordotiertem Silizium besteht. Bordotiertes Silizium ist jedoch anfällig für LID, daher haben Hersteller Methoden entwickelt, um die Solarmodule zu stabilisieren.

Ohne ein Verständnis der Defekte auf atomarer Ebene sei es unmöglich, die Stabilität dieser Module vorherzusagen.

& quot;Einige der Module sind vollständig stabilisiert. Einige von ihnen sind nur halbstabilisiert," sagte Abigail Meyer, eine Ph.D. Kandidat bei Mines und Forscher bei NREL. Sie ist die Hauptautorin eines neuen Artikels, in dem die Bemühungen beschrieben werden, die Quelle des LID-Phänomens zu lokalisieren. Der Artikel"Atomic Structure of Light-Induced Efficiency- Degrading Degrading Defect in Boron-Doped Czochralski Silicon Solar Cells," erscheint im JournalEnergie&Ampere; Umweltwissenschaft.

Ihre Co-Autoren sind Vincenzo LaSalvia, William Nemeth, Matthew Page, David Young, Paul Stradins, alle von NREL; Sumit Agarwal, Michael Venuti und Serena Eley, die aus Mines stammen; und P. Craig Taylor, ein pensionierter Minenprofessor, der die Forschung beriet.

Stradins, ein leitender Wissenschaftler und Projektleiter in der Silizium-Photovoltaik-Forschung am NREL, sagte, dass das Problem der LID seit Jahrzehnten untersucht wird, aber die genaue mikroskopische Natur der Ursachen für die Degradation wurde nicht bestimmt. Forscher haben durch indirekte Experimente und Theorie festgestellt, dass das Problem kleiner wird, wenn weniger Bor verwendet wird oder wenn weniger Sauerstoff im Silizium vorhanden ist.

Die Zusammenarbeit zwischen NREL- und Mines-Forschern stützte sich auf die paramagnetische Elektronenresonanz (EPR), um Defekte zu identifizieren, die für den LID verantwortlich sind. Zum ersten Mal zeigte die mikroskopische Untersuchung eine deutliche Defektsignatur, da die Probesolarzellen durch Licht stärker abgebaut wurden. Die Defektsignatur verschwand, als die Wissenschaftler die empirische"Regeneration" anwandten; Prozess zur Heilung des LID, den die Industrie übernommen hat. Zu ihrer Überraschung fanden die Forscher auch eine zweite,"breite" EPR-Signatur beeinflusst durch Lichteinwirkung, an der viel mehr Dotierstoffatome beteiligt sind, als LID-Defekte vorhanden sind. Sie stellten die Hypothese auf, dass nicht alle durch Licht induzierten atomaren Veränderungen zum LID führen.

Die zur Untersuchung von LID entwickelten Techniken können erweitert werden, um andere Arten von abbauenden Defekten in Siliziumsolarzellen und in anderen Halbleitermaterialien, die in der Photovoltaik verwendet werden, einschließlich Cadmiumtellurid und Perowskiten, aufzudecken, stellten die Wissenschaftler fest.

Das Büro für Solarenergietechnologien des Department of Energy finanzierte die Forschung.