...

Zobaczyć niewidoczne: elektroluminescencja modułów fotowoltaicznych

24 czerwca 2020
Zobaczyć niewidoczne: elektroluminescencja modułów fotowoltaicznych

Wysoka jakość produkcji, odpowiedni transport i montaż zgodny z instrukcją to kluczowe aspekty zapewniające, że moduły fotowoltaiczne (PV) będą działały przez długie lata zgodnie z deklaracjami wytwórcy. Jednocześnie są to trzy etapy, na których istnieje największe ryzyko powstania różnego rodzaju uszkodzeń i defektów często niewidocznych gołym okiem, a  mogących w przyszłości znacząco wpłynąć na generowanie energii elektrycznej przez instalację fotowoltaiczną.

Na szczęście, istnieje kilka metod pozwalających wykryć przynajmniej część z tych nieprawidłowości. Wśród nich można wyróżnić m.in. badanie elektroluminescencji (EL), przedstawione na poniższym zdjęciu.

Luminescencja to promieniowanie pochodzenia nietermicznego zachodzące pod wpływem czynnika wzbudzającego, w przypadku elektroluminescencji – pola elektrycznego. Ciała stałe, które cechuje taka właściwość, nazywa się elektroluminoforami. Również ogniwa PV emitują promieniowanie, jeśli zasili się je zewnętrznym źródłem prądu stałego. W pewnym uproszczeniu taki proces stanowi odwrócenie efektu fotowoltaicznego. Podczas normalnej pracy ogniwa, jeśli foton padający na jego powierzchnię dostarczy wystarczająco dużą energię, spowoduje przejście elektronu z pasma walencyjnego do pasma przewodnictwa i powstanie wolnego miejsca w paśmie walencyjnym, czyli dziury.

Ponieważ wewnątrz złącza p-n istnieje pole elektryczne związane z występującą pomiędzy obszarami p i n różnicą potencjałów, następuje rozdzielenie elektronów i dziur, co w przypadku zamknięcia obwodu skutkuje przepływem fotoprądu. Po wprowadzeniu zaburzenia w postaci źródła światła, poza generacją par elektron-dziura zaczynają zachodzić również procesy zmierzające do przywrócenia równowagi, a wśród nich m.in. rekombinacja promienista, czyli rekombinacja międzypasmowa, podczas której elektron bezpośrednio rekombinuje z dziurą, a w rezultacie jest emitowany foton (czasem również fonon).

Właśnie na tym zjawisku opiera się badanie EL. Podłączenie do ogniwa PV źródła prądu pozwala wprowadzić do niego elektrony w stanie wzbudzonym, które przechodząc do stanu podstawowego, rekombinują z dziurami, co z kolei powoduje wypromieniowanie kwantu energii w postaci fali elektromagnetycznej. Ponieważ ten rodzaj rekombinacji ma relatywnie niewielki udział w ogóle procesów rekombinacji, ilość generowanego w ten sposób promieniowania jest znikoma, a ponadto w przypadku ogniw krzemowych długość emitowanych fal mieści się w zakresie bliskiej podczerwieni, czyli ok. 950–1350 nm. W związku z tym do jego wychwycenia potrzebne są odpowiedni detektor, a także ciemność (…)

Więcej w numerze 2/2020 Magazynu Fotowoltaika.

Zaprenumeruj