Pesquisadores da Universidade de Nova Gales do Sul (UNSW), na Austrália, avaliaram o impacto dos fluxos de solda na corrosão de contatos metálicos em células solares com design de contato passivado por óxido de túnel (TOPCon) sob condições de calor úmido (DH).
O teste DH é um teste acelerado que testa a confiabilidade dos módulos sob umidade e calor extremos. Em sua forma padrão, o módulo é colocado em uma câmara controlada com temperatura de 85 C e umidade de 85% por pelo menos 1.000 h.
“Nosso estudo fornece aos fabricantes fotovoltaicos um diagnóstico rápido e de baixo custo para detectar problemas de confiabilidade relacionados à soldagem no início da produção”, disse o autor correspondente da pesquisa, Bram Hoex, à pv magazine. “Também ajuda a indústria a reduzir as reclamações de garantia e as perdas de desempenho devido à corrosão induzida pela umidade.”
Os fluxos de solda são usados para remover o óxido das fitas de guia ou fitas de barramento durante o processo de montagem do módulo.
Os cientistas concentraram sua análise nos chamados fluxos “não limpos”, que não requerem limpeza após a soldagem para simplificar o processo de produção. Esses fluxos removem óxidos e criam fortes ligações metalúrgicas, deixando resíduos mínimos e não condutores.
Para o teste, eles usaram dois fluxos comerciais chamados Flux A e Flux B, sendo o último baseado em ácido L-málico e o primeiro em ácido carboxílico. Além disso, eles utilizaram três células TOPCon comerciais produzidas por meio do chamado processo de otimização de contato aprimorada por laser (LECO) em 2019, 2022 e 2023.
“Todas as três células TOPCon tipo N exibem um design estrutural semelhante, com a parte frontal tendo um emissor dopado com boro (p +) coberto por óxido de alumínio (Al2O3) e nitreto de silício hidrogenado (SiNx), juntamente com uma grade de prata padrão H aplicada por serigrafia”, disseram os cientistas, sem revelar o nome dos fabricantes. “A parte traseira compreende dióxido de silício (SiO2), polissilício dopado com fósforo (n +), SiNx e uma grade de prata de padrão H semelhante.”
As células foram divididas em três grupos: G1) exposição ao fluxo A na parte frontal; G2) exposição ao fluxo B na parte frontal; G3) exposição ao Fluxo A na parte posterior; G4) exposição ao fluxo B na parte posterior; e G5) grupo controle sem exposição ao fluxo. Os fluxos foram aplicados via pulverização, sendo a secagem realizada em uma placa quente a 85 °C por até 10 m.
“Nossa análise mostrou que os resíduos do fluxo de solda ‘não limpo’ podem causar corrosão severa dos contatos frontais de prata-alumínio (Ag-Al) TOPCon sob exposição DH, aumentando a resistência em série e reduzindo a eficiência”, disse Hoex. “O fluxo A, com halogênios, é significativamente mais corrosivo do que o fluxo B, mas ambos causam degradação notável.”
A equipe de pesquisa também descobriu que a degradação está praticamente ausente na pasta Ag traseira, que é mais estável quimicamente, e que estruturas de metalização mais densas e menor teor de alumínio melhoram a resistência à corrosão.
Como soluções potenciais para esses problemas de degradação, os acadêmicos propuseram a aplicação de testes DH ao nível de célula não encapsuladas para identificar rapidamente os riscos relacionados ao fluxo antes da montagem do módulo, bem como selecionar formulações de fluxo com halogênios mínimos e teor de ácido otimizado para reduzir o potencial de corrosão.
“Também recomendamos otimizar a composição e a estrutura da pasta de metalização para limitar a infiltração de fluxo”, concluiu Hoex.
As descobertas da pesquisa estão disponíveis no estudo “Assessing the impact of solder flux-induced corrosion on TOPCon solar cells solar energy materials and solar cells“, publicado em Solar Energy Materials and Solar Cells.
Em fevereiro, pesquisadores da UNSW e da fabricante de módulos fotovoltaicos sino-canadense Canadian Solar investigaram o efeito do fluxo de solda nas células solares TOPCon e heterojunção (HJT) e verificaram que a escolha desse componente é fundamental para evitar possíveis falhas no módulo.
Por meio desse trabalho, os cientistas descobriram que as perdas de energia nas células HJT foram causadas por orifícios na camada de metalização, que facilitam a penetração do fluxo de solda, levando a reações químicas que degradam o desempenho. Além disso, esta pesquisa também verificou que a camada de ITO nas células HJT é altamente suscetível a danos causados pelo fluxo de solda.
Alguns meses depois, um grupo de pesquisadores do Instituto de Tecnologia Eletrônica da Coreia (KETI) investigou como os fluxos de solda disponíveis comercialmente podem corroer eletrodos de óxido de índio e estanho (ITO) em células solares HJT e descobriu que há um risco significativo de degradação precoce durante o processo de interconexão celular.
Pesquisas anteriores da UNSW mostraram o impacto da degradação induzida por UV (UVID) em células TOPCon, mecanismos de degradação de módulos solares TOPCon industriais encapsulados com etileno acetato de vinila (EVA) sob condições aceleradas de calor úmido, bem como a vulnerabilidade das células solares TOPCon à corrosão por contato e três tipos de falhas do módulo solar TOPCon que nunca foram detectadas em painéis PERC.
Além disso, os cientistas da UNSW investigaram a degradação induzida por sódio de células solares TOPCon sob exposição ao calor úmido e o papel de ‘contaminantes ocultos‘ na degradação de TOPCon e dispositivos de heterojunção.
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