آلية الاسترجاع المذهلة
اكتشف الباحثون من جامعة نانتشانغ وTrina Solar أن وحدات TOPCon الشمسية تظهر سلوكاً ملحوظاً للإصلاح الذاتي: بعد تعرضها لتدهور الأداء من التعرض للأشعة فوق البنفسجية، يمكن للوحدات أن تعيد بناء إنتاجها بالكامل من خلال عملية light soaking. هذا الاكتشاف، الذي يطعن الافتراضات التقليدية حول الضرر الناجم عن الأشعة فوق البنفسجية في الألواح الشمسية، قد يؤدي إلى تعديل معايير الاختبار الصناعية وزيادة الثقة في موثوقية تكنولوجيا TOPCon طويلة الأجل.
TOPCon، اختصار tunnel oxide passivated contact، ظهر كعمارة الخلايا الشمسية الجيل القادم السائدة، مما أدى إلى استبدال سريع لتكنولوجيا PERC الأقدم في خطوط الإنتاج في جميع أنحاء العالم. تحقق التكنولوجيا كفاءات أعلى باستخدام طبقة tunnel oxide فائقة الرقة وجهة اتصال polysilicon مطعمة لتقليل خسائر إعادة الالتقاء الإلكترونية على سطح الخلية. ومع ذلك، ظلت الأسئلة حول استقرارها على المدى الطويل تحت ضغوط بيئية مختلفة موجودة مع توسع التكنولوجيا.
دورة التدهور والاسترجاع
خضعت فرق البحث لوحدات TOPCon لاختبارات التعرض للأشعة فوق البنفسجية المعجلة المصممة لمحاكاة سنوات من العمل الخارجي في إطار زمني مضغوط. كما هو متوقع، أظهرت الوحدات تدهوراً قابلاً للقياس في الأداء أثناء التعرض للأشعة فوق البنفسجية، مع انخفاض الإنتاج الكهربائي بنسبة عدة نقاط مئوية — وهي نتيجة متسقة مع الدراسات السابقة التي أثارت مخاوف بشأن استقرار TOPCon من الأشعة فوق البنفسجية.
ما اكتشفه الباحثون بعد ذلك كان غير متوقع. عندما تعرضت الوحدات المجهدة بالأشعة فوق البنفسجية بشكل متتال للضوء ذي الطيف العريض — محاكاة ظروف التشغيل الطبيعية الخارجية — تعافى أدائها بالكامل. تبين أن التدهور كان مستقراً بشكل وسيط بدلاً من أن يكون دائماً، مما يعني أن التغييرات التي يسببها الأشعة فوق البنفسجية في الخصائص الإلكترونية للخلية كانت قابلة للعكس تحت الإضاءة التشغيلية الطبيعية.
يمكن تكرار دورة التدهور والاسترجاع هذه عدة مرات دون ضرر دائم واضح، مما يشير إلى أن وحدات TOPCon في التثبيتات العالمية الفعلية ستشفي نفسها بشكل طبيعي أثناء التشغيل النهاري العادي، حتى عندما يسبب التعرض للأشعة فوق البنفسجية انخفاضات أداء مؤقتة.
ما يسبب السلوك المستقر الوسيط
ينسب الباحثون التدهور المستقر الوسيط إلى تغييرات قابلة للعكس في حالة الشحنة من العيوب في الواجهة بين طبقة tunnel oxide والركيزة السيليكون. يمكن لفوتونات الأشعة فوق البنفسجية، التي تحمل طاقة أكثر من الضوء المرئي، أن تغير التكوين الإلكتروني لهذه عيوب الواجهة، مما يزيد مؤقتاً من خسائر إعادة الالتقاء ويقلل من كفاءة الخلية.
أثناء light soaking مع إضاءة الطيف العريض، تساعد الطاقة الإضافية من فوتونات الضوء المرئي والأشعة تحت الحمراء العيوب على العودة إلى حالة إعادة الالتقاء الأصلية والأقل. تتم العملية عن طريق حقن ناقلات الشحنة في السيليكون، الذي يستقر الواجهة ويعيد بناء جودة الانفعال التي تعطي خلايا TOPCon كفاءة عالية.
هذه الآلية تختلف عن التدهور الناجم عن الضوء الملاحظ في خلايا PERC، والتي تتضمن أنواع عيوب مختلفة وتكون جزئياً غير قابلة للعكس. يبدو أن آلية استرجاع TOPCon أكثر اكتمالاً، مما يشير إلى أن التكنولوجيا قد تكون في الواقع أكثر استقراراً من سلفها في العمل الخارجي على المدى الطويل.
الآثار المترتبة على معايير الاختبار
معايير اختبار الصناعة الحالية للمتانة من الأشعة فوق البنفسجية، المحددة في IEC 61215، تقيم أداء الوحدة بعد التعرض للأشعة فوق البنفسجية لكنها لا تشمل خطوة استرجاع light soaking لاحقة. هذا يعني أن الوحدات التي تظهر تدهوراً مستقراً وسيطاً من الأشعة فوق البنفسجية قد تبدو أنها تفشل في اختبارات الأشعة فوق البنفسجية على الرغم من أن أدائها العالمي الفعلي لن يتأثر.
يؤكد الباحثون أن بروتوكولات الاختبار يجب أن تُحدَّث لتشمل خطوة light soaking بعد التعرض للأشعة فوق البنفسجية، مما يوفر تقييماً أكثر دقة لكيفية أداء الوحدات في التثبيتات الفعلية. بدون هذا التحديث، قد تعاقب نتائج اختبار الأشعة فوق البنفسجية بشكل غير عادل تكنولوجيا TOPCon وتنشئ مقارنات مضللة مع عمائر خلايا أخرى تظهر ملفات تدهور مختلفة.
تراجع منظمات معايير الصناعة، بما في ذلك اللجنة الكهرتقنية الدولية، وتحدث بروتوكولات الاختبار بشكل دوري، وقد تبلغ الاكتشافات الجديدة دورة المراجعة التالية.
إنتاجية الطاقة الفعلية لم تتأثر
للتحقق من نتائجهم في المختبر، حلل الباحثون بيانات إنتاجية الطاقة من التثبيتات TOPCon في الميدان. أكد تحليلهم أن التدهور الناجم عن الأشعة فوق البنفسجية الملاحظ في الاختبارات المعجلة لم يترجم إلى خسائر إنتاجية طاقة قابلة للقياس في الظروف الفعلية، متسقة مع آلية الإصلاح الذاتي التي تعمل بشكل مستمر أثناء التشغيل الطبيعي.
هذا الاكتشاف مهم لقابلية تمويل تكنولوجيا TOPCon. يعتمد مطورو المشاريع الشمسية والمموّلون على افتراضات معدل التدهور لنمذجة إنتاج الطاقة والتنبؤات بالإيرادات لمدة 25 إلى 30 سنة. إذا كان التدهور الناجم عن الأشعة فوق البنفسجية دائماً، فإنه سيزيد من معدل التدهور المفترض ويقلل من العوائد المالية المتوقعة لمشاريع TOPCon. يزيل الإثبات بأن تأثيرات الأشعة فوق البنفسجية مستقرة بشكل وسيط وقابلة للإصلاح الذاتي هذا القلق.
دفعة لتبني TOPCon
يصل اكتشاف الإصلاح الذاتي في لحظة حرجة للصناعة الشمسية. اكتسبت TOPCon بسرعة حصة السوق في التصنيع، مع منتجين رئيسيين بما فيهم Trina Solar و Jinko Solar و Longi يحولون خطوط الإنتاج من PERC إلى TOPCon. الثقة في موثوقية التكنولوجيا على المدى الطويل ضرورية لمتابعة هذا الانتقال، والبحث الجديد يوفر نقطة بيانات كبيرة لصالح TOPCon. مع تقدم الصناعة الشمسية نحو كفاءات أعلى وتكاليف أقل، يصبح فهم الصلابة الفعلية لعمائر الخلايا الجديدة مهماً مثل أدائهما في المختبر ذي الذروة.
يعتمد هذا المقال على تقارير PV Magazine. اقرأ المقالة الأصلية.
