从材料到关键元件—太阳能电池分析的几点经验

全文1913字,阅读需约5分钟
从材料到关键元件—太阳能电池分析的几点经验
PV(太阳能)电池是一种清洁高效具有重大潜力的能源形式,其重要指标能量转换效率受到密封材料的老化、电极的品质以及 PN 结性状等多重因素制约。东丽分析十数年的生产实践中总结了一些经验,与读者分享,贻笑大方,多多指正。 

01
PART
太阳电池结构和整体测试方案

要了解影响 PV 电池的各种可能因素,就必须要把握其整体构成。 

从材料到关键元件—太阳能电池分析的几点经验

相较于 PV 电池整体功能性测试,东丽分析更着力于其基础材料的研究。分析手段可归于为三个方向:基本物理,组成分析,以及耐候(光)性。

从材料到关键元件—太阳能电池分析的几点经验

02
PART
密封·填充材料的老化

实际业务中我们接触较多的是密封材料的劣化解析。 

一类典型的劣化是密封材料的黄化,其使得更多阳光被阻隔于电池模组表面,大幅降低整体的能量转化效率。不妨以常用的密封填充材料 EVA 为例说明。

EVA 由乙烯和乙酸乙烯聚合而成,故而也常被表示为为 E 单位(ethylene) V 单位(Vinyl Acetate)聚合形式。发生降解时,羧酸基团从主链分离出来。 

从材料到关键元件—太阳能电池分析的几点经验

EVA 的黄变劣化解析 

选取如下发生劣化的太阳能模组

从材料到关键元件—太阳能电池分析的几点经验

从紫外可视光谱中可以看到,黄变部材料对于以 580~595nm 黄光波段光为中心的可见光透射率大大减低,这也正是其显示黄色的原因。 

从材料到关键元件—太阳能电池分析的几点经验

我们用 ATR-FT-IR 探究其化学组分变化 

从材料到关键元件—太阳能电池分析的几点经验

可以发现黄变部分过氧化物、羧酸和酮类物质生成,说明该部分材料发生分解。 

若结合 FT-IR-mapping 的结果,则更能直观理解劣化带来的组分变化。其中颜色代表红外光谱上3530cm-1(羧酸特征峰)/4330cm-1(CH 键特征峰)之峰面积比值,由红到蓝依次降低。 

从材料到关键元件—太阳能电池分析的几点经验

NMR 观察下,可以看到黄变部EVA中V单位(Vinyl Acetate 乙酸乙烯)重量占比减少,与上文得到的关于分解生成羧酸的结论吻合。 

从材料到关键元件—太阳能电池分析的几点经验

【13C NMR 光谱(DD/MAS) E,V 单位重量百分比】

在发生气体 GC/MS 分析中,更多的细节得到披露。 

从材料到关键元件—太阳能电池分析的几点经验

从材料到关键元件—太阳能电池分析的几点经验

※红色字为含量存在差异成分


03
PART
添加剂对PV电池老化影响

为了延缓密封材料的老化,生产上常常加入如光稳定剂等添加剂。这也为我们从另一个角度分析太阳能电池劣化提供了启示。 

一种应用广泛的光稳定剂 HALS(Hindered Amine Light Stabilizer),全称受阻胺光稳定剂。在 HALS 发生氧化时,生成如下图 NO 自由基,其可以俘获聚合物中生成的自由基,达到延阻老化的功能。基于 NO 自由基在 ESR(电子自旋共振)光谱下的表现,我们可以用 ESR 来监控 HALS 的老化过程。 

从材料到关键元件—太阳能电池分析的几点经验

在某次实验中,我们比较黄变和未黄变部分的 ESR 图谱。 

从材料到关键元件—太阳能电池分析的几点经验

从材料到关键元件—太阳能电池分析的几点经验

可以看到黄变部的 NO 自由基已经大幅下降。 

对密封材料中其他添加剂如抗氧化剂和紫外吸收剂的变化,通过 HPLC 和 LC/MS 可以把握。观察老化实验前抽取物的 HPLC 色谱和 LC/MS 的总离子流图。 

从材料到关键元件—太阳能电池分析的几点经验

我们略去老化后的图谱,直接给出老化前后的对比结果。 

从材料到关键元件—太阳能电池分析的几点经验

可以明显发现,抗氧化剂、紫外吸收剂和光稳定剂的减少趋势。 

04
PART
电极的劣化

在 PV 电池模组的其他部分,我们也各有手段对应。如电极的劣化,我们可以采用 HAADF(高角环形暗场像)-STEM 结合 SEM-EDX 来评估。 

从材料到关键元件—太阳能电池分析的几点经验

上图中,可以发现 PCT 测试前后(cell 电极断面)的侵蚀部位出现孔隙,且有 AlOx 和 ZnO 存在,说明发生氧化,绝缘层加厚,电极的导电能力减弱。 

对于电池单元核心结构 p-n 结,最大的劣化威胁来源于 Na+离子的偏析。在高压下,密封材料和电极中的Na+可能扩散到 p-n 结中,这样会干扰原本的空穴浓度,进而影响能量转换效率。这也正是困扰大型太阳能发电厂的所谓 PID(Potential Induced Degradation)问题的主要原因。 

经由特殊处理后,可以了解到横截面结构如下 SEM 图像所示。 

从材料到关键元件—太阳能电池分析的几点经验

我们在如下示意图中的红色区域进行 LA-ICP-MS 观察,以确定 Na+离子的扩散状况。 

从材料到关键元件—太阳能电池分析的几点经验

在最终得到的 Na+离子的扩散状况图中,发现 Na+在界面尤其是 Cell 端部的地方偏析。 

从材料到关键元件—太阳能电池分析的几点经验

05
PART
制作工艺对老化的影响

那么如何改善此种劣化呢?我们对将目光投向烧结工艺对 p-n 结的性能影响研究。为了理解该分析方案的设计思路,不妨先了解下 PV 电池中 p-n 结的制作工艺。 

从材料到关键元件—太阳能电池分析的几点经验

得到的成品外观如下。 

从材料到关键元件—太阳能电池分析的几点经验

若测试其电池单元(cell)能量转化效率和烧制温度的关系,容易发现是存在一个最佳的烧制温度在约 840℃处。 

从材料到关键元件—太阳能电池分析的几点经验

我们分别对表面和背面的电极分析,以寻找上述现象的微观解释。对于表面 Ag 栅线电极周边进行考察,用 SEM 观测器形貌如下。

从材料到关键元件—太阳能电池分析的几点经验

容易发现,Ag 电极的纵横比在烧制温度 900°C 下降低。且烧制温度越高,Ag 晶粒的膨胀化越厉害。单独测试 Ag 栅线电极的阻抗,也可以发现 840℃时电阻率最低。 

从材料到关键元件—太阳能电池分析的几点经验

而对于背面 Al 电极周边进行考察,用 SEM 观测器形貌如下。 

从材料到关键元件—太阳能电池分析的几点经验

容易发现,在背面铝电极和 Si 的界面上,被间歇性地形成合金(AlSi)层。在合金层上确认到有 BSF 层。烧制温度升高,观察到 BSF 层变厚的趋势。

若追加进行 SCM(扫描电容显微镜)观察载流子,则可以更有力地验证关于温升使得 BSF 层变厚的结论。 

从材料到关键元件—太阳能电池分析的几点经验

综合双面电极的观测结果,不难明白烧制温度是如何影响 p-n 结特性的。 

结语

本文从密封材、密封材添加剂、电极以及 p-n 的多个层面,阐述了东丽分析对于 PV 电池的劣化分析手段,期待专家老师多多交流指正。东丽分析将以更优质的服务来回馈各位的关心。 

没有眩目的装饰,没有华丽的辞藻

只有硬核的分析技术

我是一个刚正不阿的二维码


从材料到关键元件—太阳能电池分析的几点经验

从材料到关键元件—太阳能电池分析的几点经验

相关新闻

分享本页
返回顶部
sex story vidio yesexyporn.com thudakal xxx blue film pornowap.mobi freesexyvideos jobs in bhopal sobazo.com kamothe freahmms arabeng.org malayali lady sex desiblog.com viewdesisex.mobi koi mil gaya full hd video songs free download gujrati sexy film iporntv.info telugu school girl sex video dekoboko lovers hentai.name yamuraiha hentai hclips.com hot-hard-porn.com movies4me.link iporntv,net freepornhunter.net nepali xx video com hyderabad local sex com alteporno.com hot poonam pandey punjab sexy com pornodoza.info bengali blue flim movimast 3gpjizz.info hot music video kanndaxxx xxx-tube-list.com hema sex sucking boob moviesporno.org www.indin sex www.masalawoods.com indianpornvideos.me indian massage xvideo