Riscos de falha induzidos pelo calor em módulos heterojunção com backsheet de vidro

Da pv magazine Global

Uma equipe de pesquisa da University of New South Wales (UNSW) investigou os modos de falha em módulos solares de heterojunção (HTJ) com backsheet de vidro.

“Identificamos quatro modos de falha no módulo de backsheet de vidro de heterojunção de silício, com potencial de resultar em uma perda de energia de até 50% após o teste de calor úmido”, disse o pesquisador Chandany Sen à pv magazine. “Procuramos entender as possíveis causas subjacentes de cada modo de falha e como detectá-las rapidamente no nível da célula”.

Os cientistas conduziram seu experimento em células solares de heterojunção de silício tipo n bifaciais, provenientes de linhas de produção industrial de fabricantes não identificados. Os produtos foram divididos em três grupos: módulos com células encapsuladas; módulos com precursores celulares encapsulados; e células não encapsuladas. Para os dois primeiros grupos, os pesquisadores usaram encapsulante de etileno acetato de vinila (EVA).

“Todas as amostras apresentavam um wafer tipo n, camadas de passivação de silício amorfo hidrogenado intrínseco (i-a-Si:H) em ambos os lados e dopada com fósforo (n-a-Si:H) e dopada com boro (p-a-Si:H), camadas de silício amorfo hidrogenado nos lados frontal e traseiro, respectivamente, seguidas por uma camada de óxido de estanho dopado com índio (ITO) depositada em ambos os lados”, diz o estudo.

Todos os dispositivos foram submetidos a um teste de calor úmido a 85°C e 85% de umidade relativa (UR) por durações entre 500 horas e 4.000 horas.

Por meio desse teste, os pesquisadores identificaram quatro modos de falha para as células encapsuladas, resultando em perdas de energia que variam de 5% a 50%. O primeiro tipo de falha consistiu no escurecimento das células em pontos localizados, e o segundo foi representado pelo escurecimento ao redor da interligação dos barramentos e dos cabos de fita. O terceiro modo de falha envolveu intenso escurecimento entre as regiões interligadas de barramentos e fitas, enquanto o quarto apresentou escurecimento na região interligada de barramentos e fitas.

De acordo com a análise do grupo, o primeiro tipo de falha foi atribuído à contaminação da superfície, que pode ter ocorrido durante o manuseio ou caracterização antes do encapsulamento do módulo. Quanto ao segundo e terceiro tipos, os cientistas atribuíram as falhas ao envolvimento do fluxo de solda.

“O impacto direto do fluxo e da solda de chumbo (Pb) em causar a degradação do contato após o teste de DH também foi observado em outro trabalho”, disseram eles.

Para o quarto grupo, os pesquisadores indicaram que as falhas provavelmente se originaram do subproduto do EVA usado para encapsulamento.

“Embora o projeto experimental neste trabalho não possa determinar exatamente como cada modo de falha ocorreu após o teste de DH [na sigla para damp heat], ele demonstra situações plausíveis que podem acontecer no ambiente da indústria e levar aos modos de falha reais observados”, concluíram.

Sen disse que compreender e mitigar esses modos de falha, de preferência no nível da célula solar, será crucial para realizar o potencial de baixo custo nivelado da eletricidade (LCOE) da HJT. Ela disse que, embora os módulos de vidro-vidro sejam frequentemente empregados para células solares de heterojunção devido à sua suscetibilidade reduzida à entrada de umidade, é provável que ocorram modos de falha semelhantes nesses módulos por períodos mais prolongados.

A equipe de pesquisa apresentou suas descobertas no estudo “Four failure modes in silicon heterojunction glass-backsheet modules”, publicado na Solar Energy Materials and Solar Cells.