Unabhängig von ihrer Mechanik und Herstellung sind Solarmodule aufgrund ihrer eigenen Fertigungsmaterialien anfällig für Degradation. Das zur Dotierung der Wafer verwendete Material ist die Hauptursache für lichtinduzierte Degradation in Solarmodulen. Einige Tests während des Herstellungsprozesses können diese jedoch reduzieren. Deshalb ist es wichtig, Module auf LID zu prüfen. Es gibt auch eine nicht identifizierte Degradation, von der Sie vielleicht schon gehört haben: die LeTID-Degradation.
Was ist lichtinduzierte Degradation? Was ist LID?
A Leistungsverlust von Solarmodulen Diese Lichtdegradation tritt vor allem in den ersten Sonnenaufgangsstunden auf und wird als lichtinduzierte Degradation (LID) bezeichnet. Sie beeinträchtigt die tatsächliche und Gesamtleistung von Solarmodulen. Die meisten Silizium-Solarzellen sind von diesem Defekt betroffen, was zu erheblichen Verlusten bei der Stromerzeugung führt. Solarmodule zeigen bereits wenige Tage nach ihrer Installation Anzeichen einer lichtinduzierten Degradation. Der Verlust kann zwischen 0.5 % und 1.5 % liegen.
Allerdings sind nicht alle Module gleich betroffen. Der größte Unterschied liegt in der Kristallstruktur der Solarzellen. Nämlich monokristallin oder polykristallin und ihren elektrischen Eigenschaften, je nachdem, ob sie vom P-Typ oder N-Typ sind.
1. Solarzellenstruktur
Unterschiedliche Kristallstrukturen bedeuten unterschiedliche Herstellungsverfahren von Solarzellen.
a) Monokristallin: Diese Zellen werden im Czochralski-Verfahren hergestellt , wodurch eine einheitliche Kristallstruktur entsteht, die zu Solarzellen geschnitten wird. Diese Solarzellen sind hocheffizient und weisen höhere Sauerstoffkonzentrationen auf.
b) Multikristalline Solarzellen: Sie werden mittels eines speziellen Dampfabscheidungsverfahrens hergestellt, bei dem Silizium als Ersatzmaterial aufgebracht wird. Die vielen kristallinen Bereiche zeigen sich als unterschiedliche reflektierende Kanten in einem Solarmodul. Aufgrund der geringeren Sauerstoffkonzentration ist ihr Wirkungsgrad niedriger.
2. Elektrische Eigenschaften von Siliziumwafern
Sie beziehen sich auf die Eigenschaften von Siliziumscheiben, die erforderlich sind, um in einer Zelle bei Sonneneinstrahlung eine Spannungsdifferenz zu erzeugen.
a) P-Typ: Solche Siliziumwafer enthalten Verunreinigungen in kontrollierten Mengen , sogenannte Dotierungsmaterialien. Diese Materialien nehmen leicht Elektronen auf, wodurch das Photovoltaikmodul unter Sonneneinstrahlung eine Spannungsdifferenz zur Stromerzeugung erzeugt. Am häufigsten wird Bor als Dotierungselement verwendet, aber auch Gallium kommt zum Einsatz.
b) N-Typ: Diese Wafer weisen Verunreinigungen mit gegenteiligen Wirkungen auf und geben Elektronen ab, anstatt sie aufzunehmen. Bei solchen n-dotierten Siliziumwafern treten keine Anzeichen lichtinduzierter Degradation auf.
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Was verursacht lichtinduzierte Degradation?
Solarzellen bestehen aus Siliziumwafern, und die Bildung von Bor-Sauerstoff-Verbindungen in diesen Wafern führt zu lichtinduzierter Degradation. Daher kann das Vorhandensein von Bor als Rohmaterial oder Beschichtungsmaterial eine lichtinduzierte Degradation von Solarmodulen zur Folge haben.
Höhere Sauerstoffkonzentrationen in monokristallinen Solarzellen sind ebenfalls eine Ursache für lichtinduzierte Degradation. Diese tritt auf, wenn die Sauerstoffkonzentration höher als erwartet ist. Damit sollten Sie die Ursachen für lichtinduzierte Degradation verstehen.
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Was ist LeTID Solar und LeTID Degradation?
Ein neuartiger Degradationsmechanismus in monokristallinen Siliziumzellen, der deutlich längere Zeiträume aufweist als die Bor-Sauerstoff-Degradation, wird als licht- und temperaturinduzierte Degradation (LeTID) bezeichnet. Dieser Mechanismus ist bei höheren Temperaturen stärker ausgeprägt.
1. Eigenschaften von LetID
- Es kommt zu einer Reduzierung der effektiver Minderheitsträger Lebensdauer und Effizienz
- Der Zyklus von Abbau und Wiederherstellung dauert Jahre bis Jahrzehnte.
- Es führt zu einem identischen Effekt im Dunkeln, der als Trägerinduzierte Degradation (CID).
2. Entscheidende Parameter
- Der Defekt hängt stark von der Architektur ab Solarzellen.
- Degradierung wird in PERC-Zellen (Passivated Emitter Rear Contact) verbessert.
- Die Position der Wafer in der MutterbarrenDer Getterprozess und das Vorhandensein von Korngrenzen beeinflussen ebenfalls die Verschlechterung.
- Thermische Behandlungen den Prozess maßgeblich beeinflussen.
- Die Kinetik der Abbaureaktion wird beeinflusst durch Dunkelglühen.
- Die Abbaurate wird verändert durch Temperaturbrand.
- Oberflächenpassivierungsschichten auf wasserstoffreiche passivierte Schichten sind stark beeinflusst.
3. Postulierte Ursachen
Metallische Verunreinigungen wie Kobalt, Kupfer und Nickel sind mögliche Ursachen für die Degradation.
4. Mildern
Angesichts der zunehmenden Fälle von durch Licht und erhöhte Temperaturen verursachter Degradation (LeTID) werden auch Minderungstechniken vorgeschlagen.
- Brenntemperatur reduzieren: Es wird dringend empfohlen, die Brenntemperatur durch Variationen der Abkühlgeschwindigkeit zu modulieren.
- Beschleunigter Abbau: Bei beschleunigtem Abbau wird auch ein zweiter Brennschritt bei niedrigerer Temperatur empfohlen.
- Wafer: Es wird empfohlen, die Wafereigenschaften und -dicke zu ändern, um die Verschlechterung zu verringern.
Was sind die Ursachen für LeTID in Solarmodulen?
Die genaue Ursache für leTID ist noch unklar. Kontinuierliche Forschung hat jedoch gezeigt, dass der Sauerstoffgehalt nicht dafür verantwortlich ist. Nach aktuellem Kenntnisstand resultiert diese Degradation aus einer Wechselwirkung zwischen Passivierungsschichten bei höheren Temperaturen während des Brennprozesses im Herstellungsprozess.
Laut einer Studie des Fraunhofer ISE und des Materialforschungszentrums Freiberg wird leTID durch die Reaktion von mobilem Wasserstoff mit intrinsischen Kristalldefekten verursacht und sein Auftreten wird durch die Bedingungen der Ladungsträgerinjektion und erhöhte Temperaturen beeinflusst.
In einer weiteren Studie aus dem Jahr 2017 untersuchten Forscher der Universität Konstanz den Einfluss von Temperatur und Dotierung auf LeTID in PERC-Solarzellen. Sie kamen zu dem Schluss, dass mit hohen Temperaturen auch die Degradation zunimmt. Die Feststellung, dass die Festigkeit von LeTID mit der Brenntemperatur zunimmt, und das Vorhandensein wasserstoffreicher Schichten beeinflussen dies ebenfalls.
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Was ist der Unterschied zwischen LID und LeTID?
Nachdem wir die Ursachen für leTID in Solarmodulen kennengelernt haben, wollen wir uns nun mit dem Unterschied zwischen LID und LeTID befassen.
| Lichtinduzierte Degradation (LID) | Durch Licht und erhöhte Temperaturen verursachter Abbau (Letid) |
| Die am häufigsten beobachtete Verschlechterung | Wird nicht häufig beobachtet |
| Dies geschieht in p-Typ-Silizium-Solarzellen, die mit Bor dotiert sind | Dies tritt bei Wafern mit hohen Betriebstemperaturen auf |
| Es entsteht, wenn Sauerstoff mit Bor kombiniert wird | Es tritt auf, wenn eine hohe Betriebstemperatur mit hoher Lichtintensität gepaart ist |
| Es ist ein schneller Abbauprozess | Es ist ein langsamerer Prozess als LID |
| Es tritt bei der ersten Sonneneinstrahlung auf und bleibt bestehen, bis sich die Leistung stabilisiert | Es tritt kurz nach der Installation der Solarmodule auf, aber der Prozess des Auftretens und der Stabilisierung kann Jahre dauern |
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Was ist ein lichtinduzierter Degradationstest?
Dieser Test wird üblicherweise in den frühen Phasen der Solarmodulherstellung durchgeführt. Um Solarmodule auf Qualität und Zuverlässigkeit zu prüfen , ist ein Test der lichtinduzierten Degradation (LID) unerlässlich. LED-Techniken, LID-Stabilisierungstests und die elektrische Ladungsträgerinjektion sind die drei gängigsten Testverfahren.
1. Durchführung des Tests
Es wird eine Reihe von Lichtbelichtungen mit Intervallen gleicher Bestrahlungsstärke von über 5 kWh/m² verwendet. Durch die Aufrechterhaltung einer konstanten Temperatur von 50 °C arbeitet das Modul an seinem maximalen Leistungspunkt (MPP), wobei es nach jedem Intervall kurzzeitig belichtet wird.
Ist die Leistungsdifferenz des Moduls in den letzten drei Blitzen kleiner als der in der Norm definierte Schwellenwert, gilt die Stabilisierung als abgeschlossen. Damit wird auch der kumulierte Gesamtdosisbedarf an Bestrahlungsstärke gemessen.
Können die oben genannten Parameter nicht ermittelt werden, wird das Modul erneut geprüft. Ergibt sich nach der Stabilisierung ein positiver Wert von 5 % im Leistungstest, bedeutet dies eindeutig, dass das Modul den Test nicht bestanden hat.
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Warum ist es wichtig, Panels für LID zu testen?
Silizium-Solarzellen sind häufig von lichtinduzierter Degradation betroffen, insbesondere PERC-Module. Die Rekombination aktiver Defekte durch die zusätzliche Ladungsträgerinjektion aufgrund der Beleuchtung führt zu Verlusten bei der Stromerzeugung und -umwandlung. Daher ist es entscheidend, die Module auf lichtinduzierte Degradation (LID) zu prüfen, um ihre Leistungsfähigkeit über den gesamten Lebenszyklus hinweg zu gewährleisten.
Nachdem Sie sich über lichtinduzierte Degradation informiert haben, ist es ratsam, Solarmodule mit entsprechenden Zertifikaten zu wählen. Achten Sie darauf, dass sie auf LID und LeTID geprüft sind. Warum ist die Prüfung der Module auf LID so wichtig? Um ihre lebenslange Effizienz zu erhalten. LetID-Degradation ist ein langfristiger Schaden für Ihre Solarmodule, daher ist es notwendig, den Schaden durch geeignete Maßnahmen zu minimieren.
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