Feldrelevante Degradationseffekte von multikristallinen … · 2020-06-11 · 1 Workshop...

Workshop PV-Modultechnik | Friederike Kersten | Köln 12. November 20151

Feldrelevante

Degradationseffekte

von multikristallinen

Siliziumsolarzellen &

-modulen

12. Workshop “Photovoltaik-Modultechnik” | Köln, 12. November 2015

1 Hanwha Q CELLS, Sonnenallee 17-21, 06766 Bitterfeld-Wolfen2 TU Bergakademie Freiberg, Institut für Angewandte Physik, Leipziger Straße 23, 09599 Freiberg, Germany

F. Kersten1,2, P. Engelhart1, H.-C. Ploigt1, F. Stenzel1, K. Petter1, T. Lindner1,

A. Szpeth1, M. Bartzsch1, A. Stekolnikov1, M. Scherff1, J.W. Müller1 & J. Heitmann2


Hanwha Q CELLS IM ÜBERBLICK

Februar 2015 entsteht Hanwha Q CELLS Co., Ltd. aus der Fusion von zwei der weltweit

renommiertesten Photovoltaik-Anbieter:

Hanwha SolarOne und Hanwha Q CELLS

Unternehmenssitz in Seoul, Südkorea

(Global Executive Headquarters) und

Thalheim, Deutschland

(Technology & Innovation Headquarters)

weltweit größte Hersteller von Solarzellen und

einer der größten Hersteller von Photovoltaikmodulen

eines der größten Technologiezentren der Branche

sowie renommierte Labor- und Modultestzentren

enge Zusammenarbeit mit dem Fraunhofer Institut für

Solare Energiesysteme ISE, dem Photovoltaik-Institut

Berlin, dem TÜV Rheinland und dem VDE Prüf- und

Zertifizierungsinstitut


multikristallines Silizium (mc-Si) ist das dominierende Ausgangsmaterial der nächsten 10 Jahre

PERC Technologie erlangt signifikanten Marktanteil

MOTIVATION

ITRPV, 2014 Results, Revision 1, 24

March 2014.

Erwartete Marktverteilung verschiedenen c-Si Solarzellkonzepte

50%

PE

RC

Passivated Emitter and

Rear Cell (PERC)


ENTWICKLUNG DES SOLARZELLEN DESIGNS

Vorderseitenmetallisierung

Rückseitenmetallisierung,

Al-Si Eutektikum und

Back surface field (BSF) Al Diffusion

n+-Typ Emitter

p-Typ Si

Industrieller Standard Q.ANTUM Technologie

Dielektrikum

Si

ARC SiNx

adaptierte Innovationen aus dem Labor

bei Hocheffizienzsolarzellen mit

Rekordwirkungsgraden bis zu 25% bereits

auf kleiner Fläche demonstriert

Dielektrische Rückseitenpassivierung,

Evaluierung verschiedener Dielektrika

Lokal Punktkontakte, z.B. LFC, LCO

Laserkontaktöffnung (LCO)

etablierte Technologie seit 1973

Al Dotierung des Si während des Feuerschrittes

Formation eines p/p+ Gebietes

Rückseitenpassivierung

Vollflächiger Al-Rückkontakt geringer RS

hohes Füllfaktorpotential

ARC SiNx Vorderseitenmetallisierung


3 Jahre Q.ANTUM Massenproduktion in Thalheim:

Ausgezeichnete mc-Si Qualitätsmodule

280 W Q.ANTUM Technologie

Median Solarzelleffizienzen = 19,2%

Maximal Solarzelleffizeinzen > 19,5%

Q.ANTUM MODULLEISTUNG

Modulleistungsverteilung (60 Zellen)

Q.ANTUM Produktion (Dez. 2014)

durchschnittliche Modulleistung:

PMPP,STC = 281,8 W

S. Engelhart et al., “3 years of high quality mc-Si

PERC production experience – approaches

for efficient cell and module development”.

EUPVSEC 2015


DEGRADATION DER MODULLEISTUNG

Glas

EVA

Rückseitenfolie

Anschlussdose

Modulkomponenten Solarzelle

Hot Spots

Potential Induzierte Degradation (PID)

Licht induzierte Degradation (LID)

Bor-Sauerstoff (B-O) Komplexbildung

Eisen-Bor (FeB) Paarbildung

Sponge-Degradation

erhöhte Licht induzierte Degradation

bei erhöhten Temperaturen (LeTID*)

*) Light and elevated Temperature

Induced Degradation:

F. Kersten et al., Sol. Energy Mater.

Sol. Cells 142, p. 83, 2015.


TOPICS

Motivation: Degradation von mc-Siliziumsolarzellen

Degradationstests von mc-Si PERC Solarzellen & Modulen:

− zeitaufgelöste Messungen der Solarzellperformance

in Abhängigkeit der Temperatur und Injektionsdichte im Labor

− Solarmodule im Freifeldtest

− Vorschlag für LeTID Test Norm

− Vermeidung der Degradation bei Licht und erhöhten Temperaturen

Zusammenfassung

Motivation Experimente Solarzellen Solarmodule Vermeidung Summary


STARKE DEGRADATION OF mc-PERC

Stand der Forschung …

Ramspeck et al.

Fertig et al.Fertig et al., Light-induced degradation of PECVD aluminium oxide

passivated silicon solar cells. Phy. Status Solidi RRL, 1-6 (2014)

Gefährdung der industriellen

Einführung der

mc-PERC Technologie

neuer Degradations-

effekt of mc-Si

unerwartet hohe Degradation nicht erklärbar mit

bereits bekannter B-O Komplexbildung oder

FeB-Paar Dissoziation

Hypothese: Einfluss der Al2O3 Passivierschicht

Ramspeck et al.,

Light induced degradation of rear passivated mc-Si solar cells.

EUPVSEC 2012



EXPERIMENTELLES |

DEGRADATIONSBEDINGUNGEN

Degradationsexperimente bei verschiedenen Temperaturen von 50°C bis 95°C

− Beleuchtung Light Induced Degradation – LID

(Variation der freien Ladungsträgerkonzentration:

Betrieb im Voc, Isc oder MPP Modus)

− Bestromung Current Induced Degradation – CID

(Variation der Stromstärke zur Regulierung

der Minoritätsladungsträgerkonzentration

gleiche freie Ladungsträgerkonzentration wie LID)

LIDL IDeT

freie Ladungsträgerinjektion mittels:

[Light and elevated Temperature Induced Degradation]


Spannung [mV]S

tro

md

ich

te [m

A/m

2]

Isc Modus

MPP Modus

Voc Modus


LeTID SENSITIVE PERC-SOLARZELLEN


LeTID Rate ist langsamer als

B-O Komplexbildung und

FeB-Paar Zersetzung

Injektionsabhängigkeit

LeTID Fakten:

an Degradation schließt sich

Regenerationsphase an

Temperaturabhängigkeit


Modulleistung: 100 %

unter “realen Feldbedingungen”: dauert LeTID + Regenerationszyklus mehrere Jahre

(> 10 Jahre in Deutschland)

beschleunigtes LeTID: 1. Voc Modus

2. Isolation der Modulrückseite mit Styropor (TModul max. +20 K)

LeTID SENSITIVE PERC-MODULE IM FREIFELD

-7,46 %203 kWh-5,22 % 106 kWh -6,96 %320 kWh

-6,09 % 364 kWh -2,38 % 397 kWh -1,44 % 455 kWh -0,84 %520 kWh

KW32KW28 KW34

KW41KW38 KW46

KW25

KW36



VORSCHLAG LeTID TEST NORM

CID bei 75°C im MPP Modus Leistungsverluste identifizieren bedingt durch LeTID mit

überschaubarem Experimentaufwand

LeTID

TEST NORM



VERMEIDUNG VON LeTID

Q.ANTUM Prozess vollständige Vermeidung von LeTID

langzeitstabile Modulperformance durch Prozessanpassung

VERMEIDUNG

VON LeTID



SUMMARY


F. Kersten et al., Sol. Energy Mater.

Sol. Cells 142, p. 83, 2015.



zu lange für Garantie

starke Materialabhängigkeit

(z.B. Lieferant, Brickhöhe)

beschleunigte Degradation je höher die

Injektionsdichte oder Temperatur

Vorschlag für LeTID Test bei erhöhten

Temperaturen: 75°C CID MPP Modus

langzeitstabile Modulperformance der

Q.ANTUM Technologie mit vollständiger

Vermeidung von LeTID

Degradation des Si-Volumenmaterials

neuer mc-PERC Degradationseffekt:

hohe Statistik an degradierten Solarzellen

und -modulen im Labor und Freifeld


Vielen Dank!

12. Workshop “Photovoltaik-Modultechnik” | Köln, 12. November 2015


MESSUNG DER MODULTEMPERATUR

Verdopplung der Degradationsgeschwindigkeit bei DTModul = +10 K

0

500

1000

1500

Zeit

[h

]

Temperatur Modulrückseite [°C]

0

500

1000

1500

Zeit

[h

]Temperatur Modulrückseite [°C]

*PV Technology University of Cyprus,

George Makrides

Deutschland | Freiburg

(Aufdachinstallation)

Griechenland | Zypern

(Freifeldinstallation)

Motivation Experimente Solarzellen Solarmodule Vermeidung Summary Backup


BRICKVERTEILUNG VON LeTID

“Schnappschuss" nach 24 h Degradation eines mc-Si Brickverlaufes


LeTID Rate ist langsamer als

B-O Komplexbildung und

FeB-Paar Zersetzung

starker Si-Material Einfluss

keine direkte Oi -Korrelation

LeTID Fakten:



Injektionsabhängigkeit

LeTID Fakten:

Temperaturabhängigkeit

Backup

Date post:	24-Jun-2020
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