Feldrelevante Degradationseffekte von multikristallinen … · 2020-06-11 · 1 Workshop...
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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
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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
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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)
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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
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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
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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.
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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
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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
Motivation Experimente Solarzellen Solarmodule Vermeidung Summary
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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]
Motivation Experimente Solarzellen Solarmodule Vermeidung Summary
Spannung [mV]S
tro
md
ich
te [m
A/m
2]
Isc Modus
MPP Modus
Voc Modus
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LeTID SENSITIVE PERC-SOLARZELLEN
Motivation Experimente Solarzellen Solarmodule Vermeidung Summary
LeTID Rate ist langsamer als
B-O Komplexbildung und
FeB-Paar Zersetzung
Injektionsabhängigkeit
LeTID Fakten:
an Degradation schließt sich
Regenerationsphase an
Temperaturabhängigkeit
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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
Motivation Experimente Solarzellen Solarmodule Vermeidung Summary
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VORSCHLAG LeTID TEST NORM
CID bei 75°C im MPP Modus Leistungsverluste identifizieren bedingt durch LeTID mit
überschaubarem Experimentaufwand
LeTID
TEST NORM
Motivation Experimente Solarzellen Solarmodule Vermeidung Summary
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VERMEIDUNG VON LeTID
Q.ANTUM Prozess vollständige Vermeidung von LeTID
langzeitstabile Modulperformance durch Prozessanpassung
VERMEIDUNG
VON LeTID
Motivation Experimente Solarzellen Solarmodule Vermeidung Summary
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SUMMARY
Motivation Experimente Solarzellen Solarmodule Vermeidung Summary
F. Kersten et al., Sol. Energy Mater.
Sol. Cells 142, p. 83, 2015.
an Degradation schließt sich
Regenerationsphase an
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
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Vielen Dank!
12. Workshop “Photovoltaik-Modultechnik” | Köln, 12. November 2015
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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
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BRICKVERTEILUNG VON LeTID
“Schnappschuss" nach 24 h Degradation eines mc-Si Brickverlaufes
Motivation Experimente Solarzellen Solarmodule Vermeidung Summary
LeTID Rate ist langsamer als
B-O Komplexbildung und
FeB-Paar Zersetzung
starker Si-Material Einfluss
keine direkte Oi -Korrelation
LeTID Fakten:
an Degradation schließt sich
Regenerationsphase an
Injektionsabhängigkeit
LeTID Fakten:
Temperaturabhängigkeit
Backup