Breaking Through UV Vulnerability: Next-Gen Downshifting and Blocking Technologies Extend Lifespan Of Heterojunction Solar Modules

När solenergiindustrin accelererar mot högre effektivitet och längre livslängd har heterojunction (HJT) solcellsteknik framstått som en ledande kandidat för nästa-generations solcellssystem. Ett ihållande tekniskt hinder-ultraviolett (UV)-inducerad nedbrytning-har dock begränsat den verkliga-världens hållbarhet för HJT-moduler. Nu centrerades en ny våg av innovationerUV-nedväxlingochUV-blockeringär redo att övervinna denna flaskhals och låsa upp den fulla potentialen hos HJT-celler för massdistribution.

Heterojunction solpaneler består av kristallint kisel parat med tunna lager av amorft (icke{0}}kristallint) kisel. Som ett resultat har dessa paneler en hög effektivitetsvinst/förlust och förbättrade temperaturegenskaper mer än traditionella PERC-paneler (passiverade sändare, bakre cell) solpaneler. Ändå är HJT:s (heterojunction) UV-känslighet fortfarande ett problem. HJT-celler och deras känsliga gränsskikt (t.ex. TCO - transparent ledande oxid) påverkas båda av accelererat åldrande när de exponeras för hög-UV-fotoner. Dessutom kan HJT-cellens laddningsbärare ha mindre laddning som samlas in av HJT-cellerna med den ökade förlusten av laddningsbärare och/eller en ökning i laddningsbärares rekombinationshastigheter kommer att orsaka en minskning av uteffekten från dessa HJT-celler.

Forskare och tillverkare har etablerat lösningar för att mildra UV-strålningsskadorna på HJT-panelstrukturen, och forskare och tillverkare har arbetat tillsammans på två separata strategier för att förbättra HJT-panelens optiska prestanda, vilket kommer att bidra till att mildra UV-skadorna på HJT-panelstrukturen. Strategierna är komplementära till den andra när det gäller hur var och en förhindrar det ultravioletta ljuset från att skada HJT-panelens struktur.

UV-nedväxling innebär att specialiserade självlysande material-ofta sällsynta-jordbaserade-fosforer eller avancerade kvantpunkter-integreras i modulens inkapslande eller främre inkapslande lager. Dessa material absorberar hög-UV-fotoner (vanligtvis 280–400 nm) och åter-sänder ut dem som lägre-energi, synligt ljus (vanligtvis grönt, gult eller rött), som HJT-celler effektivt kan omvandla till elektricitet.

Enligt Dr. Elena Marchetti, en senior solcellsforskare vid European Solar Innovation Center, "nedväxling förvandlar effektivt en parasitisk nedbrytningsväg till en prestandatillgång. Istället för att låta UV-fotoner skada TCO eller a-Si:H-lagren, omvandlar vi dem till användbara fotoner som bidrar till den nuvarande generationen." Tidiga fälttester har visat att moduler med optimerade nedväxlingsinkapslare kan minska UV-inducerad nedbrytning med upp till 65 % samtidigt som de får 1,5–2,8 % i kortslutningsström på grund av det extra konverterade synliga ljuset.

Nya genombrott inkluderar användningen av europium-dopade organometalliska ramverk och bly-fria perovskitkvantprickar som erbjuder höga fotoluminescenskvantutbyten och utmärkt-stabilitet på lång sikt. Dessa nedväxlingslager integreras i både etylen-vinylacetat (EVA) och polyolefinelastomer (POE) inkapslingsmedel, utan att kompromissa med optisk klarhet eller vidhäftning.

UV-blockering görs genom att förhindra att UV-fotonerna någonsin når modulens känsliga cellskikt, vilket gör det till ett mer direkt sätt att uppnå detta mål, men att helt enkelt använda standard UV-absorbenter är inte tillräckligt. Konventionella blockerare minskar vanligtvis solenergiresurserna för elproduktion genom att skära ut en del av det blå-violetta spektrumområdet (mindre än 450 nm).

Next-generation UV-blocking films use multilayer interference coatings or hybrid organic-inorganic barriers that selectively reflect or absorb UV light (280 nm to 380 nm), while allowing >95 % av synligt och nära infrarött ljus (400 nm till 1200 nm) ska passera. Dessa filmer kan läggas till frontglaset på solcellsmodulen eller som ett oberoende mellanskikt.

Ett exempel på denna teknik är det UV-blockerande belagda frontglaset som utvecklats tillsammans mellan Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems och en stor glastillverkare. Detta UV-blockerande belagda frontglas minskar UV-överföring till<3% of the total incident light while maintaining 96% of the visible light transmission. Accelerated aging tests (IEC 61215) using HJT modules with UV-blocking front glass show that the retained power after 2,000 hours of UV exposure is 94% as compared with only 79% for control modules with standard glass.

Den senaste utvecklingen inom UV-skyddsteknologi indikerar att ett kombinerat tillvägagångssätt som involverar både UV-blockerande filmer och nedväxling av inkapslingsmedel erbjuder den bästa lösningen för att maximera livslängden och totala energiutbytet för solcellsmoduler (PV). Den första skyddsnivån uppnås genom att placera UV-blockerande film på ytan av PV-modulen, vilket kommer att eliminera de flesta UV-fotoner från att komma in genom detta lager. Allt UV-ljus som tränger igenom denna barriär kommer att fångas upp och omvandlas till ofarligt synligt ljus med hjälp av en nedväxlingsinkapsling. Denna design med två-lager ger maximalt skydd till PV-modulen, vilket resulterar i både längre modullivslängd och ökad total energiutbyte.

Följande stora tillverkare av PV-utrustning har börjat pilotproduktion av HJT-moduler med UV-skyddstekniker: Olika tillverkare i Europa och olika tillverkare i Kina. Enligt tidiga prognoser kommer den extra materialkostnaden för dessa två UV-skyddstekniker att vara cirka $1,20 till $1,80 per HJT-modul; denna extra materialkostnad förväntas kompenseras av effektivitetsökningen med 0,8 % till 1,5 % och genom att förlänga modulernas livslängd från 25 år till 30 år eller mer. Således kommer användningen av HJT-moduler att minska den utjämnade elkostnaden (LCOE) och ge en större avkastning på investeringen för projekt i allmännyttiga-skala.

"UV-nedväxling och blockering är inte bara akademiska övningar längre", säger Mark Chen, produktchef på en ledande kinesisk HJT-modultillverkare. "De är tillräckligt mogna för kommersialisering. Vi förväntar oss att 2028 kommer över hälften av alla premium HJT-moduler att levereras med någon form av UV-hanteringsteknik."

Eftersom solenergisektorn strävar efter att uppnå 30 % effektivitet och 40-åriga modullivslängder är det absolut nödvändigt att hitta lösningar på UV-exponeringsförsämrade heterojunction-moduler. Dubbla progressioner i nedväxling av självlysande material tillsammans med mer exakta UV-blockerande beläggningar skapar en mycket tydlig och funktionell väg för att uppnå detta. Genom att skydda de känsliga gränssnitten hos HJT-moduler hjälper dessa teknologier till att möjliggöra nästa generation av solenergiparker, både när det gäller livslängd och energiproduktion samt ger renare el till lägre kostnader. Det är dags för True Durable Heterojunction Photovoltaics!