Áttörés az UV-sérülékenységen: A következő-generációs visszaváltási és blokkoló technológiák meghosszabbítják a heterojunkciós napelemmodulok élettartamát

Ahogy a napenergia-ipar egyre nagyobb hatékonyság és hosszabb üzemidő felé halad, a heterojunkciós (HJT) szoláris technológia a következő generációs fotovoltaikus rendszerek egyik vezető jelöltjévé vált{0}}. Azonban egy tartós technikai akadály-ultraibolya (UV)-indukált leromlás-korlátozta a HJT-modulok valós-tartósságát. Most az innovációk új hulláma áll a középpontbanUV lefelé váltásésUV blokkoláskészen áll arra, hogy leküzdje ezt a szűk keresztmetszetet, felszabadítva a HJT cellákban rejlő teljes potenciált a tömeges bevetésre.

A heterojunkciós napelemek kristályos szilíciumból és vékony amorf (nem{0}}kristályos) szilíciumrétegekből állnak. Ennek eredményeként ezek a panelek nagy hatékonyságnövekedéssel/veszteséggel és jobb hőmérsékleti jellemzőkkel rendelkeznek, mint a hagyományos PERC (passzivált emitter, hátsó cellás) napelemek. Ennek ellenére a HJT (heterojunkciós) UV-érzékenysége továbbra is problémát jelent. Ezenkívül a HJT cella töltéshordozóinak kevesebb töltése lehet, amelyet a HJT cellák gyűjtenek össze, a töltéshordozók megnövekedett vesztesége és/vagy a töltéshordozó-rekombinációs sebesség növekedése az ilyen HJT cellák által kibocsátott teljesítmény csökkenését okozza.

A kutatók és a gyártók a HJT panel szerkezetét ért UV sugárzás által okozott károk enyhítésére szolgáló megoldások kidolgozása során két különböző stratégián dolgoztak a HJT panel optikai teljesítményének javítására, amelyek segítenek csökkenteni a HJT panel szerkezetét érő UV károsodást. A stratégiák kiegészítik a másikat abban a tekintetben, hogy mindegyik hogyan akadályozza meg, hogy az ultraibolya fény károsítsa a HJT panel szerkezetét.

Az UV lefelé váltás során speciális lumineszcens anyagokat -gyakran ritka-föld-alapú fényporok vagy fejlett kvantumpontok- integrálnak a modul tokozásába vagy elülső tokozási rétegébe. Ezek az anyagok elnyelik a nagy-energiájú UV-fotonokat (jellemzően 280–400 nm), és alacsonyabb-energiájú látható fényként (általában zöld, sárga vagy vörös) bocsátják ki őket újra, amelyet a HJT-sejtek hatékonyan elektromos árammá alakíthatnak át.

Dr. Elena Marchetti, az Európai Napenergia Innovációs Központ vezető fotovoltaikus kutatója szerint "A lefelé váltás hatékonyan javítja a parazita lebomlási útvonalat a teljesítmény eszközévé. Ahelyett, hogy hagynánk, hogy az UV fotonok károsítsák a TCO vagy a -Si:H réteget, hasznos fotonokká alakítjuk át, amelyek hozzájárulnak a jelenlegi generációhoz." A korai helyszíni tesztek kimutatták, hogy az optimalizált lefelé váltó tokozású modulok akár 65%-kal is csökkenthetik az UV-kibocsátott károsodást, miközben 1,5–2,8%-kal növelik a rövidzárlati áramot a további átalakított látható fénynek köszönhetően.

A közelmúlt áttörései közé tartozik az európiummal adalékolt fémorganikus vázak és az ólom-mentes perovszkit kvantumpontok használata, amelyek magas fotolumineszcencia kvantumhozamot és kiváló hosszú távú stabilitást{2}} kínálnak. Ezeket a lefelé váltó rétegeket mind az etilén-vinil-acetát (EVA), mind a poliolefin elasztomer (POE) tokozásába integrálják anélkül, hogy az optikai tisztaság vagy adhézió sérülne.

Az UV-blokkolás úgy történik, hogy megakadályozzák, hogy az UV-fotonok valaha is elérjék a modul érzékeny sejtrétegeit, így ez közvetlenebb módja ennek a célnak, de a szabványos UV-abszorber használata nem megfelelő. A hagyományos blokkolók jellemzően csökkentik az energiatermeléshez szükséges napenergiát azáltal, hogy kivágják a kék{1}}lila spektrum egy részét (450 nm-nél kisebb).

Next-generation UV-blocking films use multilayer interference coatings or hybrid organic-inorganic barriers that selectively reflect or absorb UV light (280 nm to 380 nm), while allowing >A látható és közeli infravörös fény 95%-a (400-1200 nm) áthalad. Ezek a fóliák a napelem modul elülső üvegére vagy független közbenső rétegként helyezhetők el.

Példa erre a technológiára a Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems és egy nagy üveggyártó által közösen kifejlesztett UV{0}}bevonatú elülső üveg. Ez az UV-blokkoló bevonatú elülső üveg csökkenti az UV-sugárzást<3% of the total incident light while maintaining 96% of the visible light transmission. Accelerated aging tests (IEC 61215) using HJT modules with UV-blocking front glass show that the retained power after 2,000 hours of UV exposure is 94% as compared with only 79% for control modules with standard glass.

Az UV-védelmi technológia legújabb fejlesztései azt mutatják, hogy az UV-blokkoló fóliákat és a lefelé váltó tokozást egyaránt magában foglaló kombinált megközelítés kínálja a legjobb megoldást a napelemes fotovoltaikus (PV) modulok hasznos élettartamának és teljes energiahozamának maximalizálására. A védelem első szintjét úgy érik el, hogy UV--blokkoló filmet helyeznek a PV-modul felületére, amely megakadályozza, hogy az UV-fotonok nagy része ezen a rétegen keresztül bejusson. Bármilyen UV-fény, amely áthatol ezen a korláton, felfogódik és ártalmatlan látható fénnyé alakul egy lefelé váltó tokozás segítségével. Ez a két-rétegű kialakítás maximális védelmet nyújt a PV-modulnak, ami hosszabb modulélettartamot és megnövelt teljes energiahozamot eredményez.

A következő nagy fotovoltaikus berendezések gyártói kezdték meg a HJT modulok kísérleti gyártását UV-védelmi technikákkal: Különféle gyártók Európában és különböző gyártók Kínában. A korai előrejelzések szerint ennek a két UV-védelmi technikának az anyagköltsége körülbelül 1,20–1,80 USD HJT-modulonként; ezt az anyagtöbbletet várhatóan kompenzálni fogja a hatékonyság 0,8%-ról 1,5%-ra való növekedése, valamint a modulok hasznos élettartamának 25 évről 30 évre vagy még tovább történő meghosszabbítása. Így a HJT-modulok használata csökkenti a villamos energia kiegyenlített költségét (LCOE), és nagyobb befektetési megtérülést biztosít a közüzemi -léptékű projekteknél.

"Az UV visszaváltása és blokkolása már nem csak akadémiai gyakorlat" - mondja Mark Chen, a vezető kínai HJT modulgyártó termékigazgatója. "Elég érettek a kereskedelmi forgalomba hozatalhoz. Arra számítunk, hogy 2028-ra a prémium HJT-modulok több mint fele valamilyen UV-kezelési technológiával fog rendelkezni."

Mivel a napenergia-szektor 30%-os hatékonyság és 40 -éves modul-élettartam elérésére törekszik, elengedhetetlen megoldást találni az UV-expozíciót rontó heterocsatlakozós modulokra. A lefelé váltó lumineszcens anyagok kettős előrehaladása, valamint a precízebb UV-blokkoló bevonatok nagyon világos és funkcionális utat biztosítanak ennek eléréséhez. A HJT modulok érzékeny interfészeinek védelmével ezek a technológiák lehetővé teszik a napelemes farmok következő generációját, mind a hosszú élettartam, mind az energiakibocsátás, valamint a tisztább villamos energia alacsonyabb költségek mellett. Eljött az ideje a True Durable Heterojunction fotovoltaikának!