In zonnecellen komen verschillende soorten stromen voor, zoals donkerstroom, omgekeerde stroom en lekstroom. Deze stromen hebben een wisselende invloed op het vermogen van zonnepanelen. Het onderscheiden van de kenmerken van deze stromen kan helpen bij het identificeren van de oorzaken van een abnormaal vermogen van de module, wat bijdraagt aan een grondige oplossing van de problemen.
Donkere stroom
Definitie
Donkerstroom, ook wel omgekeerde verzadigingsstroom bij afwezigheid van licht genoemd, verwijst naar de omgekeerde gelijkstroom die in een PN-junctie wordt gegenereerd onder omgekeerde voorspanningsomstandigheden wanneer er geen licht op valt. Deze wordt over het algemeen veroorzaakt door ladingsdragerdiffusie of defecten aan het oppervlak en in het apparaat, evenals schadelijke onzuiverheden.
Vorming
(1).Diffusieproces:Binnen een PN-junctie bevinden zich meer elektronen in het N-gebied en meer gaten in het P-gebied. Door dit concentratieverschil diffunderen elektronen in het N-gebied naar het P-gebied en gaten in het P-gebied naar het N-gebied. Hoewel het ingebouwde elektrische veld van de PN-junctie deze diffusie tegenwerkt, vindt deze toch plaats totdat een dynamisch evenwicht is bereikt, waardoor een diffusiestroom ontstaat.
(2).Gebreken en onzuiverheden:Wanneer defecten aanwezig zijn op het oppervlak of in het apparaat, fungeren ze als recombinatiecentra, waarbij ze elektronen en gaten opvangen en recombinatie bevorderen. Schadelijke onzuiverheden spelen een vergelijkbare rol en dragen bij aan de vorming van lekstroom.
Invloed
Donkerstroom wordt vaak meegenomen in de beoordeling van siliciumwafers. Een te hoge donkerstroom duidt op een slechte waferkwaliteit, zoals veel oppervlaktetoestanden, talrijke roosterdefecten, schadelijke onzuiverheden of te hoge doteringsconcentraties. Zonnecellen gemaakt van dergelijke wafers vertonen doorgaans een lage levensduur van minderheidsladingsdragers, wat direct leidt tot een laag rendement.
Donkerstroom in zonnecellen
Bij eenvoudige diodes komt de donkerstroom overeen met de omgekeerde verzadigingsstroom. Bij zonnecellen omvat de donkerstroom echter de omgekeerde verzadigingsstroom, de lekstroom in de dunne laag en de lekstroom in het bulkvolume.
Omgekeerde verzadigingsstroom
Definitie
De omgekeerde verzadigingsstroom verwijst naar de stroom in een PN-overgang wanneer er een omgekeerde voorspanning wordt aangelegd. De omgekeerde spanning vergroot de depletielaag, waardoor het elektrische veld en de potentiële energie van elektronen toenemen. Dit maakt het voor meerderheidsladingsdragers moeilijk om de barrière te passeren, waardoor de diffusiestroom tot bijna nul wordt gereduceerd.
Vorming
1. Driftstroom: Het toegenomen elektrische veld maakt het voor minderheidsladingsdragers in de N- en P-gebieden gemakkelijker om te driften, waardoor een omgekeerde stroom ontstaat.
2. Temperatuurafhankelijkheid: Omdat minderheidsladingsdragers thermisch worden gegenereerd, blijft hun aantal constant bij een gegeven temperatuur, en daarmee ook de sperstroom.
Lekstroom
Definitie
Zonnecellen kunnen worden onderverdeeld in drie gebieden: een dunne laag (N-gebied), een depletielaag (PN-overgang) en een bulkgebied (P-gebied). Defecten en onzuiverheden in deze gebieden fungeren als recombinatiecentra, die elektronen en gaten opvangen en zo recombinatie mogelijk maken. Dit proces genereert kleine stroompjes, die bijdragen aan de gemeten donkerstroom.
Soorten
• Dunne-laaglekstroom: veroorzaakt door defecten en onzuiverheden in de dunne laag.
• Bulklekstroom: veroorzaakt door defecten en onzuiverheden in het bulkgebied.
Doel van donkerstroomtesten
1. Storingen voorkomen
Wanneer de cel in sperrichting is geschakeld of de polariteit van de module is omgekeerd, kan een te hoge lekstroom leiden tot snelle celuitval. Hoewel zeldzaam, helpt het testen van de lekstroom dergelijke problemen te voorkomen.
2. Monitoring van productieprocessen
Donkerstroommetingen helpen bij het identificeren van potentiële procesproblemen. De donkerstroom bestaat uit de omgekeerde verzadigingsstroom, de lekstroom in de dunne laag en de lekstroom in het bulkvolume, respectievelijk weergegeven door J1J_1J1, J2J_2J2 en J3J_3J3.
Wanneer er een omgekeerde spanning wordt aangelegd:
· Regio 1: Gedomineerd door J2J_2J2 (lekstroom in de dunne laag).
· Regio 2: Gedomineerd door J3J_3J3 (bulklekstroom).
· Regio 3: Gedomineerd door J1J_1J1 (omgekeerde verzadigingsstroom).
De grenzen van deze gebieden worden bepaald door specifieke testspanningen.
Spanningseffecten
Wanneer er spanning op de cel wordt aangelegd, veroorzaakt dit elektrische injectie in de silicium wafer, waardoor niet-evenwichtige ladingsdragers worden geëxciteerd. Hoe hoger de spanning, hoe meer ladingsdragers worden geëxciteerd, wat leidt tot een hogere lekstroom. De groeisnelheid neemt echter af naarmate de spanning toeneemt, totdat de cel uiteindelijk kapotgaat.
Standaard testen
De lekstroom wordt doorgaans gemeten bij 12V. Door de testresultaten te vergelijken met standaardcurves kan de toestand van de cel worden beoordeeld.
• Een te hoge donkerstroom in regio 1 duidt op problemen in de dunne laag.
• Een te hoge donkerstroom in regio 2 duidt op problemen in het bulkgebied.
• Een te hoge donkerstroom in regio 3 duidt op problemen met de PN-junctie, zoals diffusie, zeefdruk of temperatuurschommelingen.
Conclusie
Het testen van de lekstroom is cruciaal voor het identificeren van procesgerelateerde problemen en het verbeteren van de zonnecelproductie.
