انواع مختلفی از جریان در داخل سلولهای خورشیدی وجود دارد، مانند جریان تاریک، جریان معکوس و جریان نشتی. این جریانها درجات مختلفی از تأثیر را بر توان خروجی ماژولهای خورشیدی دارند. تشخیص ویژگیهای این جریانها میتواند به شناسایی علل خروجی غیرعادی توان ماژول کمک کند و به حل کامل مشکلات کمک کند.
جریان تاریک
تعریف
جریان تاریک، که به عنوان جریان اشباع معکوس تحت هیچ نوری نیز شناخته میشود، به جریان DC معکوس تولید شده در یک پیوند PN تحت شرایط بایاس معکوس و زمانی که هیچ نوری به آن نمیتابد، اشاره دارد. این جریان عموماً در اثر انتشار حامل یا نقص در سطح و داخل قطعه و همچنین ناخالصیهای مضر ایجاد میشود.
تشکیل
(1).فرآیند انتشار:درون یک پیوند PN، الکترونهای بیشتری در ناحیه N و حفرههای بیشتری در ناحیه P وجود دارد. به دلیل اختلاف غلظت، الکترونهای ناحیه N به سمت ناحیه P و حفرههای ناحیه P به سمت ناحیه N پخش میشوند. اگرچه میدان الکتریکی داخلی پیوند PN در برابر این پخش مقاومت میکند، اما تا زمانی که یک تعادل دینامیکی حاصل شود، این پخش همچنان ادامه دارد و یک جریان پخش تشکیل میدهد.
(2).عیوب و ناخالصیها:وقتی نقصهایی روی سطح یا داخل دستگاه وجود داشته باشند، به عنوان مراکز نوترکیبی عمل میکنند، الکترونها و حفرهها را جذب کرده و نوترکیبی را تسهیل میکنند. ناخالصیهای مضر نیز نقش مشابهی دارند و به تشکیل جریان تاریک کمک میکنند.
تأثیر
جریان تاریک اغلب در طول مرتبسازی ویفر سیلیکونی در نظر گرفته میشود. جریان تاریک بیش از حد نشان دهنده کیفیت پایین ویفر، مانند حالتهای سطحی زیاد، نقصهای شبکهای متعدد، ناخالصیهای مضر یا غلظتهای بالای آلایش است. سلولهای خورشیدی ساخته شده از چنین ویفرهایی معمولاً طول عمر حاملهای اقلیت کمی دارند که مستقیماً منجر به راندمان تبدیل پایین میشود.
جریان تاریک در سلولهای خورشیدی
در دیودهای ساده، جریان تاریک معادل جریان اشباع معکوس است. با این حال، در سلولهای خورشیدی، جریان تاریک شامل جریان اشباع معکوس، جریان نشتی لایه نازک و جریان نشتی حجمی میشود.
جریان اشباع معکوس
تعریف
جریان اشباع معکوس به جریان در یک پیوند PN هنگام اعمال بایاس معکوس اشاره دارد. ولتاژ معکوس، لایه تخلیه را پهنتر میکند و میدان الکتریکی و انرژی پتانسیل الکترونها را افزایش میدهد. این امر عبور حاملهای اکثریت از سد را دشوار میکند و جریان انتشار را به نزدیک صفر کاهش میدهد.
تشکیل
۱. جریان رانشی: میدان الکتریکی افزایش یافته، رانش حاملهای اقلیت در نواحی N و P را آسانتر میکند و یک جریان معکوس تشکیل میدهد.
۲. وابستگی به دما: از آنجایی که حاملهای اقلیت به صورت حرارتی تولید میشوند، تعداد آنها در یک دمای معین ثابت است و جریان معکوس نیز همینطور.
جریان نشتی
تعریف
سلولهای خورشیدی را میتوان به سه ناحیه تقسیم کرد: لایه نازک (ناحیه N)، لایه تخلیه (اتصال PN) و ناحیه حجمی (ناحیه P). نقصها و ناخالصیهای موجود در این نواحی به عنوان مراکز نوترکیبی عمل میکنند و الکترونها و حفرهها را برای تسهیل نوترکیبی به دام میاندازند. این فرآیند جریانهای کوچکی تولید میکند که به جریان تاریک اندازهگیری شده کمک میکند.
انواع
· جریان نشتی لایه نازک: ناشی از نقص و ناخالصی در لایه نازک.
· جریان نشتی توده ای: ناشی از نقص و ناخالصی در ناحیه توده ای.
هدف از آزمایش جریان تاریک
۱. جلوگیری از خرابی
وقتی سلول بایاس معکوس دارد یا قطبیت ماژول معکوس است، جریان تاریک بیش از حد میتواند منجر به خرابی سریع سلول شود. اگرچه نادر است، اما آزمایش جریان تاریک به جلوگیری از چنین اتفاقاتی کمک میکند.
۲. نظارت بر فرآیندهای تولید
آزمایش جریان تاریک به شناسایی مشکلات احتمالی فرآیند کمک میکند. جریان تاریک از جریان اشباع معکوس، جریان نشتی لایه نازک و جریان نشتی حجمی تشکیل شده است که به ترتیب با J1J_1J1، J2J_2J2 و J3J_3J3 نشان داده میشوند.
هنگام اعمال ولتاژ معکوس:
· ناحیه ۱: تحت سلطه J2J_2J2 (جریان نشتی لایه نازک).
· ناحیه ۲: تحت سلطه J3J_3J3 (جریان نشتی عمده).
· ناحیه ۳: تحت سلطه J1J_1J1 (جریان اشباع معکوس).
مرزهای این نواحی توسط ولتاژهای آزمایش خاص تعیین میشوند.
اثرات ولتاژ
وقتی ولتاژی به سلول اعمال میشود، باعث تزریق الکتریکی به ویفر سیلیکونی میشود و حاملهای غیرتعادلی را تحریک میکند. هرچه ولتاژ بالاتر باشد، حاملهای بیشتری تحریک میشوند و منجر به جریان تاریک بالاتر میشود. با این حال، با افزایش ولتاژ، سرعت رشد کند میشود تا زمانی که سلول تجزیه شود.
تست استاندارد
جریان تاریک معمولاً در ۱۲ ولت آزمایش میشود. با مقایسه نتایج آزمایش با منحنیهای استاندارد، میتوان وضعیت سلول را ارزیابی کرد:
جریان تاریک بیش از حد در ناحیه ۱ نشان دهنده مشکلاتی در لایه نازک است.
جریان تاریک بیش از حد در ناحیه ۲، مشکلاتی را در ناحیه تودهای نشان میدهد.
· جریان تاریک بیش از حد در ناحیه ۳ نشان دهنده مشکلاتی در پیوند PN مانند انتشار، چاپ صفحه یا ناهماهنگی دما است.
نتیجهگیری
آزمایش جریان تاریک برای شناسایی مشکلات مربوط به فرآیند و بهبود تولید سلولهای خورشیدی بسیار مهم است.
