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Engineering

सीटू में सौर कोशिकाओं और मॉड्यूल के त्वरित प्रदर्शन के क्षरण की निगरानी: घन के लिए एक मामले का अध्ययन (में, Ga) एसई2 सौर कोशिकाओं

Published: October 3, 2018 doi: 10.3791/55897
Automatic Translation
1, 1, 1, 2, 3, 4, 5,6
1TNO Solliance, Thin Film Technology, 2Eternal Sun, 3Hielkema Testequipment, 4Institut des Matériaux Jean Rouxel (IMN)-UMR 6502, Université de Nantes, CNRS, 5ReRa Solutions BV, 6Institute of Molecules and Materials, Radboud University

Summary

दो ' के साथ संयुक्त तनाव परीक्षण सीटू माप ' setups, जो सौर कोशिकाओं और मॉड्यूल के त्वरित क्षरण की वास्तविक समय की निगरानी की अनुमति, डिजाइन और निर्माण किया गया. इन setups नमी, तापमान, बिजली के पूर्वाग्रहों के एक साथ उपयोग करते हैं, और स्वतंत्र रूप से नियंत्रित तनाव कारकों के रूप में रोशनी की अनुमति । सेटअप और विभिंन प्रयोगों को क्रियांवित प्रस्तुत कर रहे हैं ।

Abstract

बिजली की स्तरित लागत (LCOE) फोटोवोल्टिक (pv) प्रणालियों के द्वारा निर्धारित किया जाता है, अंय कारकों के अलावा, PV मॉड्यूल विश्वसनीयता । गिरावट तंत्र और मॉड्यूल क्षेत्र की विफलता की रोकथाम की बेहतर भविष्यवाणी फलस्वरूप निवेश जोखिम कम के रूप में के रूप में अच्छी तरह से बिजली की उपज में वृद्धि कर सकते हैं । एक बेहतर ज्ञान स्तर इन कारणों के लिए काफी PV बिजली की कुल लागत में कमी कर सकते हैं ।

बेहतर समझने और PV मॉड्यूल के क्षरण को कम करने के लिए, होने वाले क्षरण तंत्र और शर्तों की पहचान की जानी चाहिए । यह अधिमानतः संयुक्त तनाव के तहत होना चाहिए, के बाद से क्षेत्र में मॉड्यूल भी एक साथ कई तनाव कारकों को उजागर कर रहे हैं । इसलिए, दो ' संयुक्त तनाव परीक्षण के साथ सीटू माप ' setups में डिजाइन और निर्माण किया गया है । ये सेटअप आर्द्रता, तापमान, रोशनी, और सौर कोशिकाओं और minimodules पर स्वतंत्र रूप से नियंत्रित तनाव कारकों के रूप में बिजली के पूर्वाग्रहों के एक साथ उपयोग की अनुमति देते हैं । setups भी इन नमूनों की बिजली के गुणों की वास्तविक समय की निगरानी की अनुमति देते हैं । यह प्रोटोकॉल इन सेटअप प्रस्तुत करता है और प्रायोगिक संभावनाओं का वर्णन करता है । इसके अलावा, इन setups के साथ प्राप्त परिणाम भी प्रस्तुत कर रहे हैं: पतली फिल्म घन (में, Ga) Se2 (CIGS) के रूप में अच्छी तरह से घन2ZnSnSe4 (CZTS) की स्थिरता पर दोनों जमाव और गिरावट की स्थिति के प्रभाव के बारे में विभिंन उदाहरण सौर कोशिकाएं बताई गई हैं । CIGS सौर कोशिकाओं की तापमान निर्भरता पर परिणाम भी प्रस्तुत कर रहे हैं ।

Introduction

PV प्रणालियों के लिए अक्षय ऊर्जा का एक लागत प्रभावी रूप माना जाता है । पीवी मॉड्यूल इन pv प्रणालियों के मूल का प्रतिनिधित्व करते है और आम तौर पर 25 से अधिक वर्षों के एक प्रदर्शन की गारंटी के साथ बेचा (उदाहरणके लिए, अधिकतम 20% दक्षता हानि इस अवधि के बाद)1। यह उपभोक्ताओं और निवेशकों है कि इन की गारंटी से मुलाकात कर रहे है के विश्वास के लिए महत्वपूर्ण है । बिजली की उपज इसलिए के रूप में स्थिर है और संभव के रूप में उच्च से अधिक से कम वांछित मॉड्यूल जीवनकाल में होना चाहिए । यह दोनों धीमी लेकिन स्थिर गिरावट2 और अप्रत्याशित समय से पहले मॉड्यूल विफलताओं, जो, उदाहरण के लिए उत्पादन त्रुटियों के कारण हो सकता है की कमी से प्रबंधित किया जाना चाहिए । उदाहरण के क्षेत्र में मनाया मॉड्यूल विफलताओं के संभावित प्रेरित गिरावट (PID)3 और प्रकाश प्रेरित गिरावट (ढक्कन)4 क्रिस्टलीय सिलिकॉन मॉड्यूल या पानी CIGS मॉड्यूल में जंग प्रेरित के लिए5,6 , 7 , 8. आदेश में PV मॉड्यूल के एक कम क्षेत्र जीवनकाल को रोकने के लिए, क्षरण तंत्र इसलिए और पहचान की जानी चाहिए छोटा ।

गिरावट pv कोशिकाओं या मॉड्यूल में होने वाली व्यवस्था की बेहतर समझ भी कम pv मॉड्यूल उत्पादन लागत में मदद मिलेगी: कई मामलों में, पर्यावरण तनाव के खिलाफ सुरक्षात्मक सामग्री मॉड्यूल में पेश करने की गारंटी जीवन भर की पेशकश कर रहे हैं । इस उदाहरण के लिए लचीला पतली फिल्म मॉड्यूल के लिए सच है, CIGS की तरह, कि एक महंगी बाधा को रोकने के लिए पानी में कांग्रेस शामिल हैं । इस तरह के मॉड्यूल में सभी पैकेज सामग्री मॉड्यूल लागत का ७०% करने के लिए कर सकते हैं । इन सुरक्षात्मक सामग्री अक्सर कर रहे है पर क्रम में करने के लिए आवश्यक जीवनकाल प्राप्त करने के लिए निश्चित होना करने के लिए: क्षरण तंत्र के बारे में अधिक ज्ञान इसलिए सौर कोशिकाओं को और अधिक आंतरिक रूप से स्थिर और अधिक सही पूर्वानुमान कर सकते हैं । मॉड्यूल और उसके घटकों की दीर्घकालिक स्थिरता के बारे में बेहतर समझ इसलिए संभावना पर रोक-आयामी और इन सुरक्षात्मक सामग्री के लिए लागत को कम करने की अनुमति होगी ।

मॉड्यूल विश्वसनीयता का एक सामांय अनुमान देने के लिए, सौर कोशिकाओं और मॉड्यूल आजकल परीक्षण कर रहे है और त्वरित जीवनकाल परीक्षण (ALT)9द्वारा योग्य । सबसे गहन योग्यता परीक्षण अंतर्राष्ट्रीय टेक्नीकल कमीशन (आईईसी) ६१२१५ परीक्षणों10, जो PV मॉड्यूल की स्थिरता पर "go/कोई जाओ" निर्णय दे द्वारा परिभाषित कर रहे हैं । हालांकि, Osterwald एट अल. 11 से पता चला कि आईईसी परीक्षणों के एक सकारात्मक परिणाम हमेशा संकेत मिलता है कि PV मॉड्यूल 25 या उससे अधिक वर्षों के लिए बाहरी स्थितियों खड़े कर सकते हैं नहीं करता है । क्षेत्र और प्रयोगशाला परीक्षण के बीच इस सीमित संबंध को अपेक्षाकृत नई पतली फिल्म मॉड्यूल12के लिए विशेष रूप से सच हो प्रदर्शन किया गया ।

इन परीक्षणों के क्षरण तंत्र में अंतर्दृष्टि उपज नहीं है (' जो प्रक्रियाओं और/या जो जोर से देखा धीमी मॉड्यूल गिरावट या तेजी से मॉड्यूल विफलता के लिए सीसा? ') । इसके अलावा, इन परीक्षणों, जो वर्तमान में एकल या दोहरी तनाव कारकों पर आधारित है (उदाहरण के यांत्रिक तनाव, या संयुक्त तापमान और आर्द्रता के लिए) निश्चित रूप से एक विश्वसनीय तरीके से फील्ड व्यवहार अनुकरण नहीं कर सकते हैं, के बाद से PV क्षेत्र में मॉड्यूल कई के अधीन है संयुक्त तनाव (उदाहरण के लिए: तापमान, आर्द्रता, हवा, बर्फ, रोशनी, धूल, रेत, पानी) । इन तनावों को भी जलवायु क्षेत्र के प्रति भिंन हो सकते हैं: जबकि रेगिस्तान में, तापमान और रोशनी की संभावना महत्वपूर्ण तनाव कारक हैं; उदारवादी जलवायु में, उदाहरण के लिए आर्द्रता का प्रभाव भी बहुत महत्वपूर्ण हो सकता है । विभिंन जलवायु में गिरावट और फलस्वरूप विफलताओं अनुकरण, कई तनाव के विभिंन संयोजनों इस प्रकार की आवश्यकता है । नतीजतन, कई तनावों के लिए एक साथ प्रदर्शन बहुत महत्वपूर्ण है एक निश्चित जलवायु में मॉड्यूल विश्वसनीयता का एक अच्छा आकलन प्राप्त करने के लिए, और संयुक्त तनाव परीक्षण इस प्रकार प्रयोगशाला परीक्षणों का हिस्सा होना चाहिए ।

यह इस प्रकार प्रस्तावित है कि संयुक्त तनाव की स्थिति के तहत होने वाले क्षरण तंत्र के गुणात्मक और मात्रात्मक समझ में सुधार किया जाना चाहिए । आदर्श रूप में, सौर सेल या मॉड्यूल के बारे में जानकारी भी इन परीक्षणों के दौरान इकट्ठा किया जाना चाहिए, जोखिम के दौरान डिवाइस परिवर्तन की पहचान की अनुमति है । इसलिए, हम तैयार की है और दो setups कि आर्द्रता के लिए एक साथ जोखिम की अनुमति का निर्माण, (ऊंचा) तापमान, बिजली के पूर्वाग्रह, और रोशनी । इन setups में, इन तनावों की गंभीरता भी एक प्रयोग के लक्ष्य के आधार पर, देखते जा सकता है । इसके अतिरिक्त, दीप्ति PV उपकरणों के सीटू निगरानी में अनुमति देता है (चित्रा 1)13,14,15,16,17,18, 19 , 20. परीक्षणों के इन प्रकारों का नाम ' संयुक्त तनाव परीक्षणों के साथ सीटू माप ' (सीएसआई) में होगा. इस प्रोटोकॉल में, ' सीएसआई 1 ' और ' सीएसआई 2 ' नाम के दो हाइब्रिड क्षरण स्थापकों को प्रस्तुत किया जाएगा । कई अध्ययनों, प्रदर्शन और विशेष रूप से पतली फिल्म CIGS सौर कोशिकाओं के क्षरण की समझ के सुधार पर लक्ष्य, इन setups के साथ मार डाला गया । अस्थिर CIGS और CZTS सौर कोशिकाओं पर प्राप्त स्थिरता और तापमान निर्भरता परिणामों का एक चयन प्रस्तुत कर रहे हैं । अधिक जानकारी21,22में भी पाया जा सकता है ।

Figure 1
चित्रा 1 : ' सीटू माप ' सेटअप में के साथ संयुक्त तनाव परीक्षणों । वाम: मापन प्रणाली सहित एक सीएसआई सेटअप के योजनाबद्ध सिंहावलोकन । मध्य और सही: सीएसआई setups के फोटोग्राफ (जलवायु मंडलों प्लस सौर सिमुलेटर, माप सिस्टम दर्शाया नहीं, setups अलग आकार है) । मध्यमवर्गीय है CSI1, सही है CSI2 । यह आंकड़ा19,30से संशोधित किया गया है । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Protocol

नोट: वर्गों 1 और 3 इस प्रक्रिया के माध्यम से CIGS और CZTS सौर कोशिकाओं के क्षरण परीक्षण के लिए विशिष्ट हैं, लेकिन सौर कोशिकाओं के सभी अन्य प्रकार (जैसे, perovskites, कार्बनिक पीवी, और क्रिस्टलीय सिलिकॉन) कर रहे हैं या इन setups के साथ परीक्षण किया जाएगा. यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि हर डिवाइस के प्रकार और ज्यामिति के लिए, एक नमूना धारक डिजाइन किया जाना चाहिए । इन धारकों के लिए संपर्क क्षरण को रोकने के लिए गैर corroding संपर्क होना चाहिए, क्योंकि यह डिवाइस गिरावट के प्रभाव अस्पष्ट होगा । इसके अलावा, यह एक चार सूत्री जांच विन्यास में नमूनों से संपर्क करने के लिए सलाह दी जाती है, माप प्रणाली में जीर्णशीर्ण संपर्कों या तारों के परिणामों की माप को रोकने के लिए.

1. CIGS सौर कोशिकाओं की तैयारी

  1. सौर कोशिकाओं को संभालने जब प्रोटोकॉल के सभी चरणों में दस्ताने का प्रयोग करें: विषाक्त तत्वों के खिलाफ की रक्षा, लेकिन यह भी रसोई नमक की तरह अवांछित सामग्री के जमाव को रोकने, (NaCl), नमूनों पर.
  2. एक ग्लास कटर या हीरे की कलम के साथ एक 1 मिमी x १०० मिमी x १०० मिमी सोडा चूने (SLG) ग्लास नमूना में ४ १०० मिमी x 25 मिमी आयताकार स्ट्रिप्स में कटौती करने के लिए उपयुक्त सब्सट्रेट तैयार करने के लिए ।
  3. SLG नमूना एक धूम कोट में रखें । जमा ०.५ µm मोटी मोलिब्डेनम वापस संपर्क द्वारा प्रत्यक्ष वर्तमान (डीसी) sputtering कमरे के तापमान पर गिलास सब्सट्रेट्स23।
    1. एक परत, एक bilayer, और एक मल्टीप्लेयर स्टैक सहित विभिन्न स्टैक अनुक्रम, से चुनें । उदाहरण के लिए, एक उच्च प्रारंभिक sputtering दबाव (जैसे, ०.०३ mbar) के साथ एक bilayer जमा करने के बाद एक कम sputtering दबाव (जैसे, ०.००३ mbar) 1-5 W/
  4. 1 मीटर NaOH और ०.३ m K3Fe (CN)624के एक खोदना समाधान तैयार करें । Electrochemically मोलिब्डेनम दूर एक पैटर्न वापस संपर्क जमा करने के लिए एक 6 मिमी धारी खोदना ।
    नोट: इस तरह, सौर सेल एक अच्छी तरह से परिभाषित क्षेत्र है, सौर सेल सोने के संपर्क है, जो अभी भी आंशिक रूप से बिजली के मापदंडों में योगदान हो सकता है द्वारा कवर क्षेत्रों के बिना ।
  5. एक वैक्यूम चैंबर में नमूना प्लेस और एक तांबे, इंडियम, गैलियम, और सेलेनियम वायुमंडल25के तहत एक coevaporation प्रक्रिया द्वारा एक 2 µm मोटी CIGS अवशोषक परत जमा ।
    1. उदाहरण के लिए, ५५० के ठेठ सब्सट्रेट तापमान ६०० डिग्री सेल्सियस का उपयोग करें और तीन चरण के जमाव की प्रक्रिया का पालन करें, पहले बनाने (में, Ga)2एसई3 इंडियम, गैलियम और सेलेनियम के वाष्पीकरण द्वारा, एक तांबे अमीर CIGS के गठन के कारण के बाद तांबे की बड़ी मात्रा के अलावा । तीसरे चरण में आवश्यक तांबा-गरीब CIGS अवशोषक बनाने के लिए तांबे के वाष्पीकरण को बंद कर दें ।
    2. वैकल्पिक रूप से, एक कम लागत की प्रक्रिया के लिए वायुमंडलीय दबाव में एक दो चरण के जमाव का उपयोग करें । CuInGa जमाव, या तो निर्वात sputtering द्वारा या वायुमंडलीय दबाव विद्युत जमाव द्वारा प्रदर्शन । एक तात्विक सेलेनियम वायुमंडल में26 एक चलती बेल्ट selenization ओवन के तहत selenization द्वारा इस का पालन करें ।
  6. एक रासायनिक स्नान में नमूना प्लेस और सीडी बफर जमा एक "रासायनिक स्नान जमाव" (सीबीडी) की एक मोटाई के साथ प्रक्रिया ५० एनएम27। आम तौर पर एक जल आधारित समाधान का उपयोग करें एनएच4ओह, CdSO4, और thiourea (nh2CSNH2) के तापमान पर ~ ७०° c ।
  7. एक sputtering उपकरण में नमूना रखें और मैं-जिंग/जिंग: अल सामने संपर्क से रेडियो फ्रीक्वेंसी (आरएफ) sputtering से मैं-जिंग और जिंग: क्रमशः ५० एनएम और 800-1000 एनएम28की मोटाई के साथ अल लक्ष्य जमा ।
    1. के लिए मैं-जिंग एक शुद्ध जिंग लक्ष्य की एक परत का उपयोग करें और 2% अल2के साथ एक जिंग सिरेमिक लक्ष्य: अल परत के लिए3 हे का उपयोग करें । कमरे के तापमान और २०० ° c के बीच जमाव तापमान का उपयोग करें । यह वाणिज्यिक मॉड्यूल में इस्तेमाल नहीं किया जाता है के रूप में, शीर्ष इलेक्ट्रोड में एक प्रवाहकीय धातु ग्रिड के उपयोग से बचें. इसलिए, इस अपेक्षाकृत मोटी जिंग: अल परत का उपयोग करने के लिए इन कोशिकाओं में पर्याप्त चालकता की अनुमति है कि एक मॉड्यूल डिजाइन नकल ।
  8. ध्यान से एक चाकू के साथ सौर सेल के (चरण १.४ में नक़्क़ाशी के विपरीत पक्ष में) 14 मिमी की एक धारी दूर खरोंच ।
    1. परतों की कठोरता में अंतर का उपयोग करने से, केवल शीर्ष परतें (जिंग: अल/i-जिंग/CdS/CIGS) को हटाने और मोलिब्डेनम वापस संपर्क बरकरार छोड़ दें । एक मॉड्यूल में एक कक्ष की चौड़ाई के समान 5 मिमी की चौड़ाई के साथ सौर कोशिकाओं के रूप में ।
  9. एक गोल्ड sputtering उपकरण में नमूना प्लेस और यह एक मुखौटा के रूप में बीच में एक धारी के साथ कवर, ताकि कोई सोने की सौर सेल पर जमा है । जमा सोने के संपर्क पर कमरे के तापमान पर sputtering द्वारा ~ ६० एनएम मोटाई दोनों वापस संपर्क (मोलिब्डेनम) और सामने संपर्क (जिंग: अल) के क्रम में कोशिकाओं के संपर्क करने की अनुमति के लिए ।
    नोट: एक नोबल धातु के एक संपर्क के उपयोग की अनुमति देता है संपर्कों के क्षरण के बिना कठोर शर्तों को नमूनों की दीर्घकालिक जोखिम है, ताकि कोशिका क्षरण का अध्ययन किया जा सकता है ।
  10. 7 मिमी चौड़ा नमूनों में एक गिलास कटर या एक हीरे की कलम के साथ स्ट्रिप्स में कटौती, कि अब ~ 7 मिमी x 5 मिमी और 7 मिमी x 25 मिमी (चित्रा 2) की कुल आकार की एक सेल सतह है.
    नोट: पार के एक योजनाबद्ध प्रतिनिधित्व अनुभाग के रूप में के रूप में अच्छी तरह से एक सेल के एक सूक्ष्म तस्वीर चित्र 2में दिखाया गया है । CZTS सौर कोशिकाओं के साथ प्रयोगों के लिए, सक्रिय अवशोषक परत (CZTS) की एक अलग जमाव प्रक्रिया का पालन किया गया है (संदर्भ29के समान), जबकि अन्य सभी परतों एक एनालॉग प्रक्रिया के बाद जमा किए गए थे.

Figure 2
चित्रा 2 : CIGS नमूना डिजाइन । शीर्ष एक CIGS नमूना और (नीचे) एक CIGS शीर्ष से लिया नमूना के एक खुर्दबीन तस्वीर के पार अनुभाग के योजनाबद्ध प्रतिनिधित्व । इस आंकड़े को आंशिक रूप से सन्दर्भ14,30से संशोधित किया गया है । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

2. क्षरण से पहले सौर कोशिकाओं का विश्लेषण

  1. उपाय पूर्व सीटू वर्तमान वोल्टेज (iv) मानक परीक्षण शर्तों (एसटीसी, रोशनी: १००० डब्ल्यू/m १.५, तापमान: 25 ° c) के तहत सौर कोशिकाओं के प्रदर्शन एक चार बिंदु जांच विंयास में एक चतुर्थ के साथ बिजली के मापदंडों का निर्धारण करने के लिए परीक्षक.
    1. सटीक वर्तमान घनत्व और तरंग दैर्ध्य निर्भर अवशोषण30,31 एक वर्णक्रमीय प्रतिक्रिया (SR) सेटअप के साथ और सटीक वर्तमान घनत्व की गणना के लिए बाहरी क्वांटम दक्षता (EQE) को मापने ।
  2. रिकॉर्ड प्रबुद्ध लॉक-इन थर्मोग्राफी (इलिट) मानचित्रण31 और photoluminescence (PL) एक बड़ी वृद्धि के साथ31 मानचित्रण और (माइक्रोस्कोप) छवियों किसी भी दृश्य और पार्श्व दोषों की पहचान करने के लिए ले लो ।
    1. उच्च आवर्धन और एक IR रोशनी स्रोत के लिए एक 15 µm लेंस के साथ हीट डिटेक्टर के साथ एक इलिट डिवाइस के तहत नमूना प्लेस । नमूना रोशन और गर्म स्थानों की पहचान करने के लिए तापमान में स्थानिक अंतर रिकॉर्ड.
    2. एक विशेष photoluminescence छवि प्राप्त करने के लिए एक मैपिंग PL सेटअप के अंतर्गत नमूना रखें । एक उच्च शक्ति रोशनी के लिए एलईडी प्रकाश स्रोत का उपयोग करें और डेटा का पता लगाने के लिए एक सीसीडी कैमरा ।
      नोट: उदाहरण15,16,20,30संदर्भ में पाया जा सकता है ।
  3. गिरावट के प्रयोग के लिए सौर कोशिकाओं की संख्या का चयन करें, जबकि एक आर्गन glovebox में नमूने के शेष संदर्भ के रूप में रखकर । संदर्भ के रूप में और प्रायोगिक नमूनों के रूप में सौर कोशिकाओं के एक मिश्रित सेट का चयन करें, तो पूर्ण स्लाइड के भीतर कोई अंतर (संरचना में ढाल उदाहरण के लिए) प्रयोग और संदर्भ नमूनों में एक ही गंभीरता में मौजूद हैं ।
    नोट: यह उदाहरण के लिए सकता है कि पदों के साथ कोशिकाओं 1, 3, 4, 5, 7 और 8 स्लाइड पर प्रयोगात्मक कोशिकाओं रहे हैं, जबकि पदों 2 और 6 संदर्भ कोशिकाओं रहे हैं ।

3. नमूना धारकों में सौर कोशिकाओं की नियुक्ति

  1. नमूना धारकों है कि कोशिकाओं पर कोई छाया नहीं डाली और सोने के सामने और वापस संपर्क और माप पिंस के बीच संपर्क बनाने में सौर कोशिकाओं रखें ।
    नोट: नमूना धारकों विशेष रूप से जलवायु परीक्षणों के दौरान कठोर परिस्थितियों का सामना करने के लिए डिज़ाइन कर रहे हैं । इसके अलावा, वे सामग्री है कि केवल सीमित outgassing है का निर्माण कर रहे हैं ।
  2. नमूना रैक पर सीएसआई सेटअप है, जो सौर कोशिकाओं और सेटअप के बाहर माप उपकरण के बीच बिजली के संपर्क की अनुमति के अंदर नमूना धारकों प्लेस । समर्पित स्थिति है, जहां यह एक AM १.५ प्रकाश स्रोत से रोशन किया जाएगा पर नमूना रैक प्लेस ।
    नोट: प्रकाश स्रोत विनिर्देशों निंनानुसार हैं । CSI1:४० cm x ४० cm क्षेत्र, १,००० W/एम2, BAA नपे दीप्ति; CSI2:१०० x १०० cm2 क्षेत्र, १,००० W/एम2, एएए जांच संदीप्ति, अंशांकन के अनुसार IEC60904-9:2007३२।

4. क्षरण प्रयोग का निष्पादन

  1. सौर सिंयुलेटर, माप उपकरण, जलवायु चैंबर, और कंप्यूटर पर स्विच करें ।
  2. कार्यक्रम माप कंप्यूटर, जो सौर सिंयुलेटर, बिजली के पूर्वाग्रह, और जलवायु चैंबर सेटिंग्स को नियंत्रित करता है । वोल्टेज रेंज, वोल्टेज कदम, माप अनुक्रम, और चतुर्थ माप सॉफ्टवेयर में माप के बीच समय को परिभाषित, और सॉफ्टवेयर में तापमान, आर्द्रता, पूर्वाग्रह वोल्टेज, और रोशनी प्रोफाइल को परिभाषित ।
    नोट: इस सॉफ्टवेयर पूर्ण प्रयोग के दौरान माप चलाने दो ।
    1. चतुर्थ माप के लिए विशिष्ट सेटिंग्स के लिए, श्रेणी में वोल्टेज का उपयोग करें-०.२ v करने के लिए + १.० v १२० चरणों में (०.०१ v/ ध्यान दें कि ज्यादातर मामलों में, सिस्टम सभी नमूनों की चतुर्थ माप और चारों ओर 5 मिनट के ठहराव के बीच वैकल्पिक ।
  3. जलवायु चैंबर और सेटअप में सौर कोशिकाओं के तापमान को स्थिर । सॉफ्टवेयर में नमूना तापमान का निरीक्षण ।
    नोट: सौर कोशिकाओं के लिए एक ठेठ तापमान 25 डिग्री सेल्सियस है, जो एसटीसी तापमान है । चूंकि दीप्ति नमूनों को तपता है, नमूना तापमान आसपास के चैंबर की तुलना में हमेशा अधिक होता है । जलवायु चैंबर के ठेठ शुरू तापमान रहे है-10 ° c करने के लिए + 5 ° c (5 ° c चैंबर तापमान उदाहरण के लिए 25 डिग्री सेल्सियस के CIGS नमूना तापमान के लिए नेतृत्व कर सकते हैं) । अन्य नमूना डिजाइन या रचनाएं चयनित हैं, तो अन्य चैंबर तापमान 25 डिग्री सेल्सियस नमूना तापमान प्राप्त करने के लिए आवश्यक हो सकता है ।
  4. जलवायु चैंबर धीरे गर्मी जब तक यह ८५ डिग्री सेल्सियस तक पहुंचता है, उदाहरण के लिए 0.1-0.3 ° c/जलवायु चैंबर कंप्यूटर से चैंबर तापमान पढ़ें और सॉफ्टवेयर से नमूना तापमान पढ़ें ।
    नोट: ठेठ नमूनों तापमान तो १०० डिग्री सेल्सियस और ११० डिग्री सेल्सियस के बीच है जब चैंबर ८५ ° c है । इन मूल्यों के नमूनों के बीच बदलती हैं, और विशेष रूप से सब्सट्रेट प्रकार से प्रभावित कर रहे हैं, नमूना धारक डिजाइन और सामग्री, और सौर सेल ही. इस चरण के दौरान, कोशिकाओं को खुले सर्किट की स्थिति में हैं जब वे मापा नहीं कर रहे हैं, जब तक अलग से उल्लेख किया. हीटिंग चरण के दौरान किसी भी आंतरिक वोल्टेज पूर्वाग्रह के प्रभाव को बाहर रखा जा करने के लिए है, तो दीप्ति भी इस चरण के दौरान बंद किया जा सकता है ।
    1. CSI1 के लिए, अपने तापमान को मापने के लिए सभी व्यक्तिगत कोशिकाओं के लिए एक व्यक्तिगत thermocouple संलग्न, जबकि CSI2 में ३२ नमूनों के लिए 15 thermocouples का उपयोग करें । व्यक्तिगत तापमान रिकॉर्ड और लॉग इन करें ।
  5. स्वचालित रूप से एक ताप, जिसका अर्थ है कि वे कई मिनट के लिए हर ०.५ निर्धारित कर रहे हैं, नमूनों की संख्या के आधार पर एक के दौरान सौर कोशिकाओं को एक के वर्तमान वोल्टेज घटता उपाय । सॉफ्टवेयर में बिजली के मापदंडों का निरीक्षण ।
    1. वर्तमान वोल्टेज घटता से बिजली के मापदंडों की गणना । हमेशा दक्षता, खुले सर्किट वोल्टेज, शॉर्ट सर्किट वर्तमान घनत्व, भरण फैक्टर, श्रृंखला प्रतिरोध, और अलग धकेलना प्रतिरोध का निर्धारण । वर्तमान वोल्टेज घटता के अंत पर ढलानों से resistances निर्धारित करते हैं ।
    2. यदि आवश्यक हो, भी आदर्श कारक निर्धारित करते हैं, संतृप्ति वर्तमान घनत्व, और फोटो वर्तमान घनत्व के साथ फिटिंग द्वारा एक डायोड मॉडल14.
      नोट: हालांकि, इन फिटिंग प्रक्रियाओं आदर्श डायोड की तरह व्यवहार नहीं करते कि नीचा सौर कोशिकाओं के लिए अपेक्षाकृत अविश्वसनीय हैं कि ध्यान दें. दक्षता के रूप में इन ऊंचा तापमान से मापा एसटीसी, जो ज्यादातर खुले सर्किट वोल्टेज13में कमी में दिखाई है के तहत की तुलना में कम हो जाएगा ।
  6. जलवायु चैंबर में नमी पर बारी, एक मानक सेटिंग ८५% की एक रिश्तेदार आर्द्रता (आरएच) है । यह आम तौर पर प्रयोग के प्रारंभिक बिंदु है (टी = 0 एच) । जलवायु चैंबर कंप्यूटर से आरएच निरीक्षण ।
    नोट: वास्तविक नमूना सापेक्ष आर्द्रता सेट मान से कम है । इस तथ्य के कारण होता है कि नमूना तापमान ८५ डिग्री सेल्सियस से अधिक है, जबकि निरपेक्ष आर्द्रता एक ही है: के बाद से सापेक्ष आर्द्रता तापमान का एक समारोह है, इस मूल्य से कम है ८५% आरएच३३।
  7. 100s के लिए सीएसआई setups में नमूने 1, घंटे की वारदातों को छोड़, जबकि वर्तमान वोल्टेज घटता मापने । हर 5 से 10 मिनट curves उपाय है, लेकिन मांग पर इस बदलती हैं । सॉफ्टवेयर में बिजली के मापदंडों का निरीक्षण ।
    1. शेष समय में, नमूनों को या तो ओपन सर्किट की शर्तों के तहत रखें (मानक शर्तों) या उन्हें बिजली के भार के उपयोग के साथ विभिन्न विद्युत पूर्वाग्रहों के तहत जगह, से अलग-20 वी करने के लिए + 20 वी. मामले में विद्युत पूर्वाग्रह के एक संशोधन प्रयोग के दौरान की आवश्यकता है, अनुरेखक सॉफ्टवेयर में सेट मान बदल जाते हैं.
      नोट: ' मानक ' सेटिंग्स अधिकतम शक्ति बिंदु (करेंटली) शर्तों (आपरेशन वोल्टेज और एक सौर सेल के वर्तमान), कम सर्किट की स्थिति है, और एक सीमित नकारात्मक वोल्टेज के साथ शर्तों रहे हैं । आंशिक मॉड्यूल छायांकन अनुकरण करने के बाद का उपयोग करें ।
  8. विभिंन जोखिम समय के बाद नमूनों के बारे में अधिक जानने के लिए, नमूना धारकों में नमूनों की एक सीमित संख्या दूसरों के पहले सेटअप से निकालें । रोशनी के तहत इस पर अमल और एक बहुत तेजी से तरीके से शेष नमूनों पर प्रभाव को कम करने के लिए । यह स्वाभाविक रूप से छोटे नमूनों के लिए ही संभव है ।
  9. प्रयोग के अंत में, कक्ष के तापमान को कुछ ही घंटों में धीमा करने के लिए चैंबर को ठंडा करें और नमूनों को उनके नमूना धारकों के साथ एक साथ निकालें । जलवायु चैंबर कंप्यूटर से तापमान का निरीक्षण ।
    नोट: यह भी अन्य प्रकाश तीव्रता का उपयोग करने के लिए संभव है (जैसे, ८०० W/एम2 या पराबैंगनी प्रकाश), जबकि आर्द्रता और तापमान स्वाभाविक रूप से भी विविध किया जा सकता है. उस मामले में, प्राप्त बिजली के मापदंडों अलग प्रकाश तीव्रता के लिए सही किया जाना चाहिए । यह देखा गया कि बिजली के मापदंडों में अप्रत्याशित परिवर्तन हुआ जब CIGS सौर कोशिकाओं को शीघ्र ही (जैसे, 15 मिनट) प्रबुद्ध नहीं (और रोशनी स्रोत द्वारा गर्म) थे । यदि यह प्रभाव अध्ययन का उद्देश्य नहीं है, यह रोशनी पर छोड़ लगातार14की सिफारिश की है ।

5. नीचा और संदर्भ कोशिकाओं का विश्लेषण

  1. क्षरण setups में जोखिम समय के एक समारोह के रूप में बिजली के मापदंडों के विकास की साजिश ।
  2. दोहराएं सौर कोशिकाओं के पूर्व सीटू चतुर्थ माप के बाद सीधे नमूनों को एसटीसी में बिजली के मापदंडों को प्राप्त करने के लिए सेटअप से हटा रहे हैं । सटीक वर्तमान घनत्व और तरंग दैर्ध्य पर निर्भर अवशोषण के लिए बाह्य क्वांटम क्षमता माप दोहराएँ ।
  3. रिकॉर्ड फिर से प्रबुद्ध ताला थर्मोग्राफी मानचित्रण और photoluminescence मानचित्रण, और ले (माइक्रोस्कोप) चित्र दृश्य और पार्श्व दोषों में किसी भी परिवर्तन की पहचान करने के लिए । क्षरण से पहले के रूप में एक ही सेटिंग्स का उपयोग करें ।
  4. अन्य विश्लेषण तकनीकों का उपयोग करें, जैसे (क्रॉस-सेक्शन) स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी-ऊर्जा फैलाने वाला एक्स-रे स्पेक्ट्रोस्कोपी (SEM-EDX)31, एक्स-रे विवर्तन(XRD) 31, माध्यमिक आयन मास स्पेक्ट्रोस्कोपी (सिम्स)31, और तापमान निर्भर वर्तमान वोल्टेज (IV (टी))31 आगे विफलता तंत्र की पहचान करने के लिए ।
    1. दोनों नीचा और संदर्भ नमूनों पर इन विनाशकारी विश्लेषण निष्पादित करने के लिए सीएसआई setups में जोखिम के कारण परिवर्तन का निरीक्षण ।

6. क्षरण तंत्र और साधनों की परिभाषा

  1. सभी डेटा का मिश्रण करने के लिए क्षरण तंत्र और सौर कोशिकाओं या मॉड्यूल की दीर्घकालिक स्थिरता पर उनके प्रभाव को परिभाषित ।

Representative Results

सीएसआई setups प्रयोगों की एक विस्तृत श्रृंखला के लिए इस्तेमाल किया गया है । प्रयोगों दोनों सेल या मॉड्यूल संरचना और डिजाइन, साथ ही क्षरण की स्थिति के प्रभाव पर प्रभाव पर ध्यान केंद्रित किया है । बिजली के मापदंडों के विकास के कुछ उदाहरण निम्नलिखित आंकड़ों में प्रदर्शित कर रहे हैं । चित्रा 3में माप, चित्रा 5, चित्रा 6, और चित्रा 7 CSI1 में लिया गया था, जबकि चित्रा 4 CSI2 में प्राप्त किया गया था. इन आंकड़ों में, यह या तो डिवाइस दक्षता, खुले सर्किट वोल्टेज, या अलग धकेलना विरोध के चित्रण के लिए चुना जाता है, लेकिन अन्य मापदंडों स्वाभाविक रूप से भी साजिश रची जा सकता है.

चित्रा 3 और चित्रा 4 एक नमी बाधा या किसी भी अन्य पैकेज सामग्री के बिना क्षार युक्त CIGS सौर कोशिकाओं की स्थिरता पर क्षरण की स्थिति के प्रभाव को प्रदर्शित करते हैं । चित्रा 3 से पता चलता है कि इन कोशिकाओं को नीचा जब वे रोशनी, गर्मी, और आर्द्रता के संपर्क में हैं, जबकि वे नमी के अभाव में लगभग स्थिर हैं । यह दर्शाता है कि इन सौर कोशिकाओं या एनालॉग मॉड्यूल पूरी तरह से स्थिर हो सकता है जब अच्छी तरह से15आर्द्रता के खिलाफ पैक । संभावित पैकेज सामग्री स्वाभाविक रूप से कांच शामिल हैं, लेकिन यह भी लचीला बाधाओं, जो अक्सर कार्बनिक अकार्बनिक मल्टी स्टैक15के आधार पर कर रहे हैं । भविष्य में होने वाले प्रयोगों में इन संभावनाओं का परीक्षण भी किया जाएगा. इन परिणामों से यह भी संकेत मिलता है कि इस पैकेज सामग्री एक गर्म और शुष्क जलवायु में आवश्यक नहीं हो सकता है । चित्रा 4 एक पूर्वाग्रह वोल्टेज के प्रभाव से पता चलता है जब नम हीट प्लस रोशनी के संपर्क में: इन प्रारंभिक परिणामों से संकेत मिलता है कि एक कम नकारात्मक वोल्टेज (-०.५ V, ग्रे घटता) की संभावना शॉर्ट सर्किट से स्थिरता पर एक अधिक नकारात्मक प्रभाव पड़ता है, खुले सर्किट, आणि करेंटली अटी१८.

Figure 3

चित्रा 3 : CIGS सौर सेल स्थिरता पर नमी का प्रभाव । प्रकाश से अधिक शुष्क गर्मी (लाल) और नम गर्मी (नीला) ऊंचा तापमान पर लिया जोखिम समय के एक समारोह के रूप में unpackage्ड CIGS सौर कोशिकाओं की दक्षता का विकास । हर लाइन एक सौर सेल का प्रतिनिधित्व करता है । यह आंकड़ा15संदर्भ से संशोधित किया गया है । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 4
चित्र 4 : CIGS सौर सेल स्थिरता पर बिजली के भार का प्रभाव । विभिंन वोल्टेज से अधिक नम गर्मी और रोशनी में समय के एक समारोह के रूप में unpackage्ड कोशिकाओं की दक्षता का विकास । ग्रे, नीले, हरे, और लाल घटता-०.५ v, 0 v, ~ vकरेंटली, और खुले सर्किट की स्थिति, क्रमशः के लिए जोखिम का संकेत मिलता है । इन मापदंडों ऊंचा तापमान पर प्राप्त कर रहे हैं, जबकि कमरे के तापमान क्षमता के आसपास ५०% अधिक कर रहे हैं । हर लाइन एक सौर सेल का प्रतिनिधित्व करता है । यह आंकड़ा संदर्भ18से संशोधित किया गया है । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

हीटिंग चरण और वास्तविक समय मापन के दौरान (0.1-0.3 ° c/धीमी गति से हीटिंग के कारण, इन setups भी स्वचालित रूप से सौर कोशिकाओं के तापमान निर्भरता के निर्धारण की अनुमति देते हैं । चित्रा 5 क्षरण प्रयोगों से पहले हीटिंग curves से प्राप्त के रूप में खुले सर्किट वोल्टेज की निर्भरता को प्रदर्शित करता है । इस ग्राफ से पता चलता है कि मतभेद खुले सर्किट वोल्टेज के बीच मौजूद (वीoc) विभिन्न CIGS सौर कोशिकाओं के तापमान निर्भरता, जबकि श्रृंखला प्रतिरोध और शॉर्ट सर्किट की तरह अन्य मापदंडों वर्तमान (चित्रित नहीं) प्रदर्शन भी बड़ा कक्षों में अंतर । अन्य मापदंडों का विकास संदर्भ३४में पाया जा सकता है ।

Figure 5
चित्रा 5 : CIGS सौर कोशिकाओं के तापमान निर्भरता । दो unpackage्ड CIGS सौर कोशिकाओं के खुले सर्किट वोल्टेज (वीoc) के तापमान निर्भरता । रंग अलग सौर सेल डिजाइन का संकेत: नीले चौकों सेल डिजाइन और ऊपर वर्णित के रूप में जमाव प्रक्रिया के साथ नमूनों का प्रतिनिधित्व करते हैं । लाल घेरे एक गैर पैक CIGS सौर सेल polyimide पंनी पर आयन के साथ जमा अवशोषक-बीम असिस्टेड coevaporation के साथ संकेत मिलता है । हर लाइन एक सौर सेल का प्रतिनिधित्व करता है । यह आंकड़ा३४संदर्भ से संशोधित किया गया है । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

चित्रा 6 से पता चलता है कि सौर कोशिकाओं की संरचना में छोटे अंतर डिवाइस स्थिरता पर एक बड़ा प्रभाव हो सकता है । इस प्रयोग से यह दर्शाया गया कि क्षारीय नमूनों में बड़ी मात्रा में सोडियम और पोटेशियम युक्त नमूने उच्च प्रारंभिक दक्षता के थे, लेकिन वे भी अधिक तेजी से नीचा दिखा रहे थे । दूसरी ओर, लगभग स्थिर unpackage्ड सौर कोशिकाओं है कि केवल क्षार तत्वों की छोटी मात्रा में निहित ("क्षार-गरीब" नमूने) भी उत्पादित किया गया । इन सौर कोशिकाओं को इस तरह लगभग आंतरिक रूप से स्थिर थे और किसी भी सुरक्षात्मक सामग्री की जरूरत नहीं थी । इस जानकारी के आधार पर पूर्व सीटू विश्लेषण परिणामों के साथ संयुक्त, इन नमूनों के लिए मुख्य क्षरण तंत्र की पहचान की जा सकती: यह देखा गया कि क्षारीय नमूनों के कुशलता-हानि के पीछे मुख्य चालक की कमी तेज थी 16अलग धकेलना प्रतिरोध । इन कोशिकाओं के गुणों का गहराई से विश्लेषण प्रदर्शित किया गया है कि क्षार तत्वों के प्रवास, अधिक विशेष रूप से सोडियम, इस कमी के कारण लग रहा था । अधिक जानकारी के सन्दर्भ में प्रस्तुत है16,20. इस अध्ययन के बाद के चरणों क्षार-गरीब नमूनों की स्थिरता के साथ सौर कोशिकाओं को विकसित करने के लिए, और क्षार से भरपूर नमूनों की उच्च प्रारंभिक दक्षता का लक्ष्य है ।

Figure 6
चित्रा 6 : CIGS सौर सेल स्थिरता पर क्षार-सामग्री का प्रभाव । दक्षता का विकास (बाएं) और अलग धकेलना प्रतिरोध (सही) दो प्रकार की unpackage्ड CIGS सौर कोशिकाओं नम हीट प्लस रोशनी से अवगत कराया । गुलाबी और बैंगनी रेखाएं क्षारीय खराब नमूनों का प्रतिनिधित्व करती हैं, जबकि नीली लाइनें क्षार-युक्त नमूनों का प्रतिनिधित्व करती हैं । मूल्यों ऊंचा तापमान पर प्राप्त किया गया है, जबकि कमरे के तापमान क्षमता 30-80% अधिक कर रहे हैं । हर लाइन एक सौर सेल का प्रतिनिधित्व करता है । यह आंकड़ा16संदर्भ से संशोधित किया गया है । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

एक अंतिम उदाहरण के विभिंन CZTS नमूने19पर केंद्रित है । चित्रा 7 से पता चलता है कि unpackage्ड सौर कोशिकाओं के विभिंन प्रकार नम हीट प्लस रोशनी के तहत एक अलग चतुर्थ व्यवहार का प्रदर्शन । यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि इन कोशिकाओं को आदर्श सौर कोशिकाओं नहीं कर रहे हैं, तो दक्षता और वोल्टेज में वृद्धि के रूप में इस आंकड़े में प्रदर्शित होने की संभावना प्रतिनिधि सामांय में CZTS सौर कोशिकाओं के लिए नहीं है और इस व्यवहार के लिए कोई विवरण प्रदान किया जा सकता है । अधिक अध्ययन के लिए इन कोशिकाओं की स्थिरता के बारे में विश्वसनीय बयान देने के लिए निष्पादित की जरूरत है ।

Figure 7
चित्र 7 : नम हीट प्लस रोशनी को उजागर सौर कोशिकाओं CZTS । सामान्यीकृत खुले सर्किट वोल्टेज और गैर के चार प्रकार की दक्षता का विकास-समय के एक समारोह के रूप में unpackage्ड CZTS सौर कोशिकाओं अनुकूलित, नम गर्मी प्लस ऊंचा तापमान पर लिया रोशनी से अवगत कराया । हर रंग CZTS सौर कोशिका के एक अलग प्रकार का चित्रण । हर लाइन एक सौर सेल का प्रतिनिधित्व करता है । यह आंकड़ा संदर्भ19से संशोधित किया गया है । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Discussion

सौर कोशिकाओं और मॉड्यूल के विद्युत मापदंडों की वास्तविक समय की निगरानी के लिए दो सीएसआई setups डिजाइन और निर्माण किया गया है । इन setups एक साथ गर्मी, रोशनी, और बिजली के पूर्वाग्रहों के लिए जोखिम की अनुमति है, जबकि भी सीटू में पीवी उपकरणों के चतुर्थ मापदंडों का निर्धारण । इन setups के लिए पर्यावरणीय तनाव के प्रभाव का अध्ययन किया गया है (आर्द्रता, रोशनी, बिजली के पूर्वाग्रह, और तापमान) के रूप में के रूप में अच्छी तरह से सेल या मॉड्यूल unpackage्ड सौर कोशिकाओं की दीर्घकालिक स्थिरता पर संरचना । चित्रा 3, चित्रा 4, चित्रा 5, चित्रा 6, और चित्रा 7 इन setups के साथ प्राप्त परिणामों का चयन प्रदर्शित करते हैं ।

स्थिरता परिणाम (चित्रा 3, चित्रा 4, चित्रा 6, और चित्रा 7) प्रस्तुत अध्ययनों से हमेशा देखभाल के साथ इलाज किया जाना चाहिए: ताकि इन अध्ययनों से अनुवाद करने के लिए स्थिरता मॉड्यूल करने के लिए, सभी की बाधाओं पीवी उपकरणों की स्थिरता (इस अध्ययन सहित) पर त्वरित जीवनकाल परीक्षणों को ध्यान में रखा जाना चाहिए । इन बाधाओं तथ्य यह है कि प्रयोगशाला में शर्तों के लिए तेजी से क्षरण तंत्र की पहचान का मतलब है की वजह से कर रहे हैं, जबकि कुछ गिरावट तंत्र के गलत (गंभीरता के चयन के कारण नहीं पाया जा सकता है) तनाव । इसके अलावा, चुना शर्तों भी क्षरण तंत्र और फलस्वरूप विफलताओं कि क्षेत्र में नहीं होते है या से पहले या बाद में क्षेत्र में होने की भविष्यवाणी की समय सीमा के लिए नेतृत्व कर सकते हैं । जबकि नम गर्मी की स्थिति के लिए उदाहरण के लिए (८५ ° c/85% आरएच), २१९ के एक त्वरण कारक माना जाता है, संदर्भ25 से पता चला है कि यह दर अक्सर गैर रेखीय है और 10 और १,००० के बीच CIGS मॉड्यूल में भिंन हो सकते हैं, और विभिंन क्षरण तंत्र के लिए ।

प्रस्तुत परिणामों की वैधता का अनुमान लगाने के लिए, क्षेत्र मॉड्यूल एक्सपोजर और प्रस्तुत प्रयोगों के बीच सबसे महत्वपूर्ण अंतर को ध्यान में रखा जाना चाहिए:

a. प्रयुक्त प्रयोगशाला की स्थिति क्षेत्र की स्थिति से अधिक गंभीर है, जो त्वरित परीक्षण के लिए एक आंतरिक आवश्यकता है । इसके अलावा, इन प्रयोगों में शर्तों ज्यादातर लगातार कर रहे हैं, जबकि क्षेत्र में मॉड्यूल लगातार बदलती परिस्थितियों से अवगत कराया जाएगा ।

ख. प्रस्तुत प्रयोगों में गैर पैकेज्ड सौर कोशिकाओं का उपयोग किया गया. स्वाभाविक रूप से, बैरियर सामग्री और एज sealants (विशेष रूप से आर्द्र परिस्थितियों में) डिवाइस स्थिरता में एक महत्वपूर्ण भूमिका निभानी होगी । इसके अतिरिक्त, संबंध और encapsulation सामग्री का प्रभाव भी बहुत महत्वपूर्ण है और उपेक्षित नहीं किया जाना चाहिए । निश्चित रूप से, पैक और परस्पर मिनी मॉड्यूल के साथ प्रयोग भी इन setups में संभव हो रहे हैं ।

c. दीप्ति के कारण आईवी वक्र्स दर्ज नहीं किए जाने पर ओपेन सर्किट की शर्तों के तहत चित्रा 3, चित्रा 5, चित्रा 6, और चित्रा 7 में प्रस्तुत प्रयोगों को अंजाम दिया गया । हालांकि, मॉड्यूल करेंटली शर्तों के तहत कार्य करना चाहिए, जबकि कोशिकाओं भी आंशिक मॉड्यूल छायांकित के मामले में विपरीत पूर्वाग्रह शर्तों को उजागर किया जा सकता है । चित्रा 4 से पता चलता है कि करेंटली और खुले सर्किट शर्तों के बीच केवल सीमित अंतर है कि विशिष्ट प्रयोग में देखा गया है, लेकिन है कि अंय कोशिकाओं या शर्तों के लिए अलग हो सकता है ।

घ. CIGS सौर कोशिकाओं की संरचना दीर्घकालिक स्थिरता पर एक बड़ा प्रभाव है । उदाहरण के लिए स्थिरता पर संरचना के प्रभाव पर अध्ययन के उदाहरण में पाया जा सकता है संदर्भ16,20। सौर सेल स्टैक में कई छोटे संशोधनों के प्रभाव की सटीक प्रकृति अभी तक की पहचान नहीं है के बाद से, क्षरण तेजी से या अपेक्षा से धीमी हो सकती है ।

उपर्युक्त कारकों का संकेत है कि क्षरण की स्थिति और नमूना संरचना में भिंनता के साथ त्वरित जीवनकाल अध्ययन की एक बड़ी संख्या वास्तव में मॉड्यूल क्षेत्र के प्रदर्शन की भविष्यवाणी करने की आवश्यकता है । इसके अलावा, इन परिणामों इसलिए PV मॉड्यूल की दीर्घकालिक स्थिरता के बारे में एक पूरी तस्वीर प्राप्त करने के लिए क्षेत्र के अध्ययन के साथ संयुक्त होना चाहिए ।

हालांकि, हम प्रस्ताव है कि इस अध्ययन में प्रस्तुत setups मानक आईईसी परीक्षणों की तुलना में पर्याप्त सुधार कर रहे हैं, संयुक्त तनाव जोखिम के कारण के रूप में के रूप में अच्छी तरह से सीटू की निगरानी में . ये गुण बहुत तेजी से जीवनकाल प्रयोगों के पूर्वानुमान मूल्य में सुधार और क्षरण तंत्र की हमारी समझ में वृद्धि । चार मुख्य लाभ की तुलना में ' मानक ' (जैसे, आईईसी ६१२१५) परीक्षण निम्नलिखित क्षमताएँ हैं:

a. संयुक्त तनाव के लिए जोखिम के तहत परीक्षण (यानी, तापमान, आर्द्रता, रोशनी, और बिजली के पूर्वाग्रहों) ।

b. संयुक्त तनावों के ट्यूनिंग के क्रम में स्थानीय जलवायु अनुकरण (जैसे, रेगिस्तान या ध्रुवीय स्थितियों) ।

c. विद्युत पूर्वाग्रहों के ट्यूनिंग, उदाहरणके लिए, आंशिक छायांकन के प्रभाव अनुकरण ।

घ. डिवाइस के प्रदर्शन की वास्तविक समय निगरानी, सरल और तेजी से परीक्षण की अनुमति के रूप में अच्छी तरह से बेहतर भविष्यवाणी या एक वृद्धि हुई ज्ञान स्तर के कारण क्षरण तंत्र की सीमा ।

e. कम परीक्षण समय, के बाद से एक परीक्षण रोका जा सकता है सीधे एक विफलता के बाद, के बजाय निर्धारित परीक्षण अवधि के बाद (जैसे, १,००० ज) ।

इसलिए यह प्रस्ताव है कि प्रस्तुत setups के साथ जीवन भर के अध्ययन बहुत गुणात्मक और मात्रात्मक समझ और सौर कोशिकाओं और मॉड्यूल की दीर्घकालिक स्थिरता की भविष्यवाणी में सुधार कर सकते हैं । भविष्य में, एक सेटअप की पेशकश ' के साथ संयुक्त तनाव परीक्षणों में सीटू माप ' (सीएसआई) पूर्ण पैमाने पर मॉड्यूल के लिए विकसित किया जाएगा: ४० cm x ४० cm और १०० cm x १०० cm के प्रबुद्ध क्षेत्रों के साथ setups पूर्ण आकार के लिए बहुत छोटे हैं PV मॉड्यूल, तो बढ़ाने के लिए योजना इस संयुक्त तनाव माप अवधारणा के पैमाने पर चल रहे हैं ।

Disclosures

लेखक एरिक Haverkamp (आरईआरए समाधान), स्टीफन Roest (अनन्त सूर्य), और पीटर Hielkema (Hielkema Testequipment) इन setups व्यावसायक कंसोर्टियम द्वारा नियोजित कर रहे हैं । इन setups (लेखकों Mirjam Theelen और हेंक Steijvers (TNO)) के अंवेषकों के नियोक्ता इस कंसोर्टियम के साथ एक लाइसेंस समझौते रखती है ।

Acknowledgments

लेखक Miro झेमेन (Delft यूनिवर्सिटी ऑफ टेक्नोलॉजी) और Zeger Vroon (TNO) की फलदायक चर्चाओं के लिए शुक्रिया अदा करना चाहते हैं । Kyo Beyeler, विंसेंट हंस, Ekaterina Liakopoulou, Soheyl Mortazavi, Gabriela de अमोरिम सोरेस (सभी TNO), फेलिक्स Daume (सौर), और मैरी Buffière (IMEC) नमूना जमाव और विश्लेषण और लंबे विचार विमर्श के लिए स्वीकार कर रहे हैं । इसके अलावा, हम शाश्वत सूर्य, Hielkema Testequipment, और आरईआरए समाधान से सभी कर्मचारियों को धंयवाद देना चाहूंगा, और अधिक विशेष रूप से रॉबर्ट जन वान Vugt, अलेक्जेंडर Mulder और Jeroen Vink उनके योगदान के लिए ।

ये अध्ययन सामग्री नवाचार संस्थान M2i, TKI IDEEGO परियोजना ट्रस्ट, परियोजना पीवी OpMaat के अनुसंधान कार्यक्रम के ढांचे में परियोजना संख्या एम 71.9.10401 के अंतर्गत किए गए, क्रॉस बार्डर सहयोग कार्यक्रम द्वारा वित्त पोषित Interreg वी Flanders-नीदरलैंड क्षेत्रीय विकास और TNO ' technologie पर zoekt Ondernemer ' कार्यक्रम के लिए यूरोपीय कोष के वित्तीय समर्थन के साथ ।

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Hybrid degradation setup Eternal Sun Climate Chamber Solar Simulator More information can be found here: http://www.eternalsun.com/products/climate-chamber/
Sample holders ReRa Solutions More information can be found here: https://www.rerasolutions.com/
Sample rack Demo Delft More information can be found here: http://www.demo.tudelft.nl/
Gold deposition tool Polaron Equipment LTD SEM coating unit E5100 Tool for Au deposition for SEM measurements
Tracer IV software ReRa Solutions More information can be found here: https://www.rerasolutions.com/product/tracer-iv-software/
Solar cells Solliance More information can be found here: http://www.solliance.eu. 
Solar cells and modules can also be obtained from many other universities, research institutes and companies
PL mapping setup GreatEyes LumiSolarCell
ILIT mapping setup Infratec ImageIR camera and Sunfilm IR lens
Optical microscopy Leica Wild M400 coupled with a Leica DFC 320 camera and Leica Application Suite software, version 4.3.0
IV tester OAI OAI TriSol Solar Simulator coupled with a Keithley SourceMeter 2400 and controlled using IV runner software, version 1.4.0.6.
EQE tester Homemade

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References

  1. Jordan, D., Kurtz, S., VanSant, K., Newmiller, J. Compendium of Photovoltaic degradation rates. Prog. Photovolt. 24 (7), 978-989 (2016).
  2. Pingel, S., et al. Potential induced degradation of solar cells and panels. Proc. 35th IEEE PVSC. , 2817-2822 (2010).
  3. Lindroos, J., Savin, H. Review of light-induced degradation in crystalline silicon solar cells. Sol. Energ. Mat. Cells. 147, 115-126 (2016).
  4. Theelen, M., Daume, F. Stability of Cu(In,Ga)Se2 solar cells: A literature review. Solar Energy. 133, 586-627 (2016).
  5. Malmström, J., Wennerberg, J., Stolt, L. A study of the influence of the Ga content on the long-term stability of Cu(In,Ga)Se2 thin film solar cells. Thin Solid Films. 431-432, 436-442 (2003).
  6. Wennerberg, J., Kessler, J., Stolt, L. Degradation mechanisms of Cu(In,Ga)Se2-based thin film PV modules. Proc. 16th EUPVSEC. , 309-312 (2000).
  7. Feist, R., Rozeveld, S., Kern, B., D'Archangel, J., Yeung, S., Bernius, M. Further investigation of the lifetime-limiting failure mechanisms of CIGSS-based minimodules under environmental stress. Proc. 34th IEEE PVSC. , 2359-2363 (2009).
  8. Sharma, V., Chandel, S. Performance and degradation analysis for long term reliability of solar photovoltaic systems: A review. Renew. Sustainable Energy Rev. 27, 753-767 (2013).
  9. PV, Module Certification for new Standards and new Technologies. Fraunhofer ISE. , Available from: https://www.ise.fraunhofer.de/content/dam/ise/de/documents/infomaterial/brochures/photovoltaik/flyer-pv-module-certification-for-new-standards-and-new-technologies.pdf (2017).
  10. Osterwald, C., McMahon, T. History of Accelerated and Qualification Testing of Terrestrial Photovoltaic Modules: A Literature Review. Prog. Photovolt. 17, 11-33 (2009).
  11. Carlsson, T., Brinkman, A. Identification of degradation mechanisms in field-tested CdTe modules. Prog. Photovolt. 14, 213-224 (2006).
  12. Jordan, D., Kurtz, S., VanSant, K., Newmiller, J. Compendium of photovoltaic degradation rates. Prog. Photovolt. 24, 978-989 (2016).
  13. Theelen, M., Tomassini, M., Steijvers, H., Vroon, Z., Barreau, N., Zeman, M. In situ Analysis of the Degradation of Cu(In,Ga)Se2 Solar Cells. Proc. 39th IEEE PVSC. , 2047-2051 (2013).
  14. Theelen, M., et al. Accelerated performance degradation of CIGS solar cell determined by in situ monitoring. Proc. SPIE 9179. , (2014).
  15. Theelen, M., Beyeler, K., Steijvers, H., Barreau, N. Stability of CIGS Solar Cells under Illumination with Damp Heat and Dry Heat: A Comparison. Sol. Energ. Mat. Sol. Cells. , (2016).
  16. Theelen, M., Hans, V., Barreau, N., Steijvers, H., Vroon, Z., Zeman, M. The impact of sodium and potassium on the degradation of CIGS solar cells. Prog. Photovolt. 23, 537-545 (2015).
  17. Theelen, M., Hendrikx, R., Barreau, N., Steijvers, H., Böttger, A. The effect of damp heat - illumination exposure on CIGS solar cells: a combined XRD and electrical characterization study. Sol. Energ. Mat. Sol. Cells. 157, 943-952 (2016).
  18. Theelen, M., et al. The Exposure of CIGS Solar Cells to Different Electrical Biases in a Damp-heat Illumination Environment. Proc 43rd IEEE PVSC. , 0929-0934 (2016).
  19. Theelen, M., et al. In situ monitoring of the accelerated performance degradation of thin film solar cells. Proc. 42th IEEE PVSC. , 1-6 (2015).
  20. Theelen, M., Barreau, N., Steijvers, H., Hans, V., Vroon, Z., Zeman, M. Degradation of CIGS solar cells due to the migration of alkali elements. Proc. 42th IEEE PVSC. , 1-6 (2015).
  21. In situ monitoring of the degradation of CIGS solar cells. , Available from: https://www.youtube.com/watch?v=Zmy5tb-2NK8 (2017).
  22. Hybrid degradation testing of solar cells and modules. , Available from: https://www.youtube.com/watch?v=tEsvkTco-To (2017).
  23. Theelen, M., et al. Influence of Mo/MoSe2 microstructure on the damp heat stability of the Cu(In,Ga)Se2 back contact molybdenum. Thin Solid Films. 612, 381-392 (2016).
  24. Hovestad, A., Bressers, P., Meertens, R., Frijters, C., Voorthuijzen, W. Electrochemical etching of molybdenum for shunt removal in thin film solar cells. J. Appl. Electrochem. 45 (7), 745-753 (2015).
  25. Couzinie-Devy, F., Barreau, N., Kessler, J. Re-investigation of preferential orientation of Cu(In,Ga)Se2 thin films grown by the three-stage process. Prog. Photovolt. 19, 527-536 (2011).
  26. Schmidt, S., et al. Adjusting the Ga grading during fast atmospheric processing of Cu(In,Ga)Se2 solar cell absorber layers using elemental selenium vapor. Prog. Photovolt. , (2017).
  27. Contreras, M., et al. Optimization of CBD CdS process in high-efficiency Cu(In,Ga)Se2-based solar cells. Thin Solid Films. 403-404, 204-211 (2002).
  28. Theelen, M., et al. Physical and chemical degradation behavior of sputtered aluminum doped zinc oxide layers for Cu(In,Ga)Se2 solar cells. Thin Solid Films. 550, 530-540 (2014).
  29. Brammertz, G., et al. Characterization of defects in 9.7% efficient Cu2ZnSnSe4-CdS-ZnO solar cells. Appl. Phys. Lett. 103 (16), 163904 (2013).
  30. Theelen, M. Degradation of CIGS solar cells. Ipskamp Drukkers. , (2015).
  31. Abou-Ras, D., Kirchartz, T., Rau, U. Advanced Characterization Techniques for Thin Film Solar Cells. , Wiley-VCH. (2011).
  32. Wolhgemuth, J. Standards for PV Modules and Components - Recent Developments and Challenges. Proc. 27th EUPVSEC. , 2976-2980 (2012).
  33. Hyperphysics Relative Humidity. , Available from: http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/kinetic/relhum.html (2017).
  34. Theelen, M., et al. Temperature Dependency of CIGS solar cells on soda lime glass and polyimide: a comparison. JRSE. , (2016).
  35. Coyle, D. Life prediction for CIGS solar modules part 1: modelling moisture ingress and degradation. Prog. Photovolt. 21 (2), 156-172 (2013).

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Theelen, M., Bakker, K., Steijvers, H., Roest, S., Hielkema, P., Barreau, N., Haverkamp, E. In Situ Monitoring of the Accelerated Performance Degradation of Solar Cells and Modules: A Case Study for Cu(In,Ga)Se2 Solar Cells. J. Vis. Exp. (140), e55897, doi:10.3791/55897 (2018).

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