Breaking Through UV Vulnerability: Next-Gen Downshifting and Blocking Technologies Extend Lifespan Of Heterojunction Solar Modules

Ettersom solenergiindustrien akselererer mot høyere effektivitet og lengre driftslevetid, har heterojunction (HJT) solcelleteknologi dukket opp som en ledende kandidat for neste{0}generasjons solcellesystemer. En vedvarende teknisk hindring-ultrafiolett (UV)-indusert nedbrytning-har imidlertid begrenset holdbarheten til HJT-moduler i den virkelige-verden. Nå har en ny bølge av innovasjoner sentrert seg omUV-nedgiringogUV blokkeringer klar til å overvinne denne flaskehalsen, og låse opp det fulle potensialet til HJT-celler for massedistribusjon.

Heterojunction solcellepaneler består av krystallinsk silisium parret med tynne lag av amorft (ikke{0}}krystallinsk) silisium. Som et resultat har disse panelene en høy effektivitet gevinst/tap og forbedrede temperaturegenskaper mer enn tradisjonelle PERC-paneler (passivert emitter, bakcelle) solcellepaneler. Likevel er HJTs (heterojunction) UV-sensitiviteter fortsatt et problem. HJT-celler og deres sensitive grensesnittlag (f.eks. TCO - transparent ledende oksid) blir begge påvirket av akselerert aldring når de utsettes for UV-fotoner med høy-energi. I tillegg kan HJT-cellens ladebærere ha mindre ladning samlet av HJT-cellene med det økte tapet av ladebærere og/eller en økning i ladningsbærerens rekombinasjonshastigheter vil føre til en reduksjon i utgangseffekten fra disse HJT-cellene.

Ved å etablere løsninger for å redusere UV-strålingsskadene på HJT-panelstrukturen, har forskere og produsenter jobbet sammen på to separate strategier for å forbedre HJT-panelets optiske ytelse, som vil bidra til å redusere UV-skaden på HJT-panelstrukturen. Strategiene er komplementære til den andre, når det gjelder hvordan hver enkelt forhindrer det ultrafiolette lyset fra å forårsake skade på HJT-panelets struktur.

UV-nedgiring involverer integrering av spesialiserte selvlysende materialer-ofte sjeldne-jordbaserte-fosfor eller avanserte kvanteprikker-i innkapslingen eller det fremre innkapslende laget av modulen. Disse materialene absorberer høy-UV-fotoner (vanligvis 280–400 nm) og gjen-smitter dem ut som lavere-energi, synlig lys (vanligvis grønt, gult eller rødt), som HJT-celler effektivt kan konvertere til elektrisitet.

Ifølge Dr. Elena Marchetti, en senior fotovoltaikkforsker ved European Solar Innovation Center, "nedgiring gjør effektivt en parasittisk degraderingsvei til en ytelsesressurs. I stedet for å la UV-fotoner skade TCO- eller-Si:H-lagene, konverterer vi dem til nyttige fotoner som bidrar til dagens generasjon." Tidlige felttester har vist at moduler med optimaliserte nedgirende innkapslinger kan redusere UV-indusert nedbrytning med opptil 65 % mens de får 1,5–2,8 % i kortslutningsstrøm på grunn av det ekstra konverterte synlige lyset.

Nylige gjennombrudd inkluderer bruken av europium-dopet organometalliske rammeverk og bly-frie perovskittkvanteprikker som tilbyr høye fotoluminescenskvanteutbytter og utmerket langtidsstabilitet. Disse nedgirende lagene blir integrert i både etylen-vinylacetat (EVA) og polyolefin elastomer (POE) innkapslingsmidler, uten at det går på bekostning av optisk klarhet eller vedheft.

UV-blokkering gjøres ved å forhindre at UV-fotonene noen gang når de sensitive cellelagene i modulen, noe som gjør det til en mer direkte måte å oppnå dette målet på, men å bare bruke standard UV-absorber er ikke tilstrekkelig. Konvensjonelle blokkere reduserer vanligvis solenergiressursen for kraftproduksjon ved å kutte ut en del av det blå-fiolette spekteret (mindre enn 450 nm).

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 >95 % av synlig og nær infrarødt lys (400 nm til 1200 nm) skal passere. Disse filmene kan legges til frontglasset på solcellemodulen eller som et uavhengig mellomlag.

Et eksempel på denne teknologien er det UV-blokkerende belagte frontglasset utviklet i samarbeid mellom Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems og en stor glassprodusent. Dette UV-blokkerende belagte frontglasset reduserer UV-overføring til<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.

Den siste utviklingen innen UV-beskyttelsesteknologi indikerer at en kombinert tilnærming som involverer både UV-blokkerende filmer og nedgirende innkapslingsmidler gir den beste løsningen for å maksimere levetiden og det totale energiutbyttet til solcellemoduler (PV). Det første beskyttelsesnivået oppnås ved å plassere UV-blokkerende film på overflaten av PV-modulen, noe som vil eliminere de fleste UV-fotonene fra å komme inn gjennom dette laget. Ethvert UV-lys som trenger gjennom denne barrieren vil bli fanget opp og omdannet til ufarlig synlig lys ved hjelp av en nedgirende innkapsling. Denne to--lagsdesignen gir maksimal beskyttelse til PV-modulen, noe som resulterer i både lengre modullevetid og økt total energiutbytte.

Følgende store produsenter av PV-utstyr har startet pilotproduksjon av HJT-moduler med UV-beskyttelsesteknikker: Ulike produsenter i Europa og ulike produsenter i Kina. I følge tidlige prognoser vil den ekstra materialkostnaden for disse to UV-beskyttelsesteknikkene være rundt $1,20 til $1,80 per HJT-modul; denne ekstra materialkostnaden forventes å bli kompensert for av økningen i effektivitet oppnådd med 0,8 % til 1,5 % og ved å forlenge levetiden til modulene fra 25 år til 30 år eller mer. Dermed vil bruken av HJT-moduler redusere de utjevnede kostnadene for elektrisitet (LCOE) og gi en større avkastning på investeringen for prosjekter i nytte-skala.

"UV-nedgiring og blokkering er ikke bare akademiske øvelser lenger," sier Mark Chen, produktdirektør hos en ledende kinesisk HJT-modulprodusent. "De er modne nok for kommersialisering. Vi forventer at innen 2028 vil over halvparten av alle premium HJT-moduler leveres med en eller annen form for UV-håndteringsteknologi."

Siden solenergisektoren streber etter å oppnå 30 % effektivitet og 40- års modullevetid, er det avgjørende å finne løsninger på UV-eksponering som forverrer heterojunction-moduler. Doble progresjoner i nedgiring av selvlysende materialer sammen med mer presise UV-blokkerende belegg skaper en veldig klar og funksjonell vei for å oppnå dette. Ved å beskytte de sensitive grensesnittene til HJT-moduler, bidrar disse teknologiene til å tillate neste generasjon solcelleparker, både når det gjelder levetid og energiproduksjon, i tillegg til å gi renere elektrisitet til lavere kostnader. Tiden er inne for True Durable Heterojunction Photovoltaics!