W ogniwach słonecznych występują różne rodzaje prądu, takie jak prąd ciemny, prąd wsteczny i prąd upływu. Prądy te mają różny wpływ na moc wyjściową modułów słonecznych. Rozróżnienie charakterystyk tych prądów może pomóc w zidentyfikowaniu przyczyn nieprawidłowej mocy wyjściowej modułu, przyczyniając się do kompleksowego rozwiązania problemu.
Ciemny Prąd
Definicja
Prąd ciemny, znany również jako wsteczny prąd nasycenia przy braku oświetlenia, odnosi się do wstecznego prądu stałego generowanego w złączu p-n w warunkach polaryzacji zaporowej, gdy nie ma padającego światła. Jest on zazwyczaj spowodowany dyfuzją nośników lub defektami na powierzchni i wewnątrz urządzenia, a także szkodliwymi zanieczyszczeniami.
Tworzenie
(1).Proces dyfuzji:Wewnątrz złącza PN więcej elektronów znajduje się w obszarze N, a więcej dziur w obszarze P. Ze względu na różnicę stężeń, elektrony w obszarze N dyfundują do obszaru P, a dziury w obszarze P dyfundują do obszaru N. Chociaż wbudowane pole elektryczne złącza PN przeciwdziała tej dyfuzji, nadal występuje ona do momentu osiągnięcia równowagi dynamicznej, tworząc prąd dyfuzyjny.
(2).Wady i zanieczyszczenia:Gdy defekty występują na powierzchni lub wewnątrz urządzenia, działają one jak centra rekombinacji, wychwytując elektrony i dziury, co ułatwia rekombinację. Szkodliwe zanieczyszczenia odgrywają podobną rolę, przyczyniając się do powstawania prądu ciemnego.
Uderzenie
Prąd ciemny jest często brany pod uwagę podczas sortowania płytek krzemowych. Nadmierny prąd ciemny wskazuje na słabą jakość płytki, na przykład na obecność wielu stanów powierzchniowych, licznych defektów sieci krystalicznej, szkodliwych zanieczyszczeń lub zbyt wysokie stężenia domieszek. Ogniwa słoneczne wykonane z takich płytek zazwyczaj charakteryzują się krótkim czasem życia nośników mniejszościowych, co bezpośrednio przekłada się na niską wydajność konwersji.
Prąd ciemny w ogniwach słonecznych
W prostych diodach prąd ciemny odpowiada wstecznemu prądowi nasycenia. Natomiast w ogniwach słonecznych prąd ciemny obejmuje wsteczny prąd nasycenia, prąd upływu cienkiej warstwy i prąd upływu objętościowego.
Prąd nasycenia odwrotnego
Definicja
Prąd nasycenia zwrotnego odnosi się do prądu płynącego w złączu p-n po przyłożeniu polaryzacji zwrotnej. Napięcie zwrotne poszerza warstwę zubożoną, zwiększając pole elektryczne i energię potencjalną elektronów. Utrudnia to nośnikom większościowym przekroczenie bariery, zmniejszając prąd dyfuzyjny do wartości bliskiej zeru.
Tworzenie
1. Prąd dryfujący: Zwiększone pole elektryczne ułatwia dryfowanie nośników mniejszościowych w obszarach N i P, tworząc prąd wsteczny.
2. Zależność od temperatury: Ponieważ nośniki mniejszościowe są generowane termicznie, ich liczba jest stała w danej temperaturze, tak samo jak prąd wsteczny.
Prąd upływu
Definicja
Ogniwa słoneczne można podzielić na trzy obszary: cienką warstwę (obszar N), warstwę zubożoną (złącze PN) i obszar objętościowy (obszar P). Defekty i zanieczyszczenia w tych obszarach działają jak centra rekombinacji, wychwytując elektrony i dziury, co ułatwia rekombinację. Proces ten generuje niewielkie prądy, przyczyniając się do zmierzonego prądu ciemnego.
Typy
· Prąd upływu w cienkiej warstwie: powstaje na skutek defektów i zanieczyszczeń w cienkiej warstwie.
· Prąd upływu masowego: Spowodowany defektami i zanieczyszczeniami w obszarze masowym.
Cel badania prądu ciemnego
1. Zapobieganie awariom
Gdy ogniwo jest spolaryzowane zaporowo lub polaryzacja modułu jest odwrócona, nadmierny prąd ciemny może prowadzić do szybkiego uszkodzenia ogniwa. Choć zdarza się to rzadko, testowanie prądu ciemnego pomaga zapobiegać takim zdarzeniom.
2. Monitorowanie procesów produkcyjnych
Badanie prądem ciemnym pomaga zidentyfikować potencjalne problemy procesowe. Prąd ciemny składa się z prądu nasycenia wstecznego, prądu upływu cienkiej warstwy i prądu upływu objętościowego, reprezentowanych odpowiednio przez J1J_1J1, J2J_2J2 i J3J_3J3.
W przypadku zastosowania napięcia wstecznego:
· Region 1: Zdominowany przez J2J_2J2 (prąd upływu cienkiej warstwy).
· Region 2: Zdominowany przez J3J_3J3 (masowy prąd upływu).
· Region 3: Zdominowany przez J1J_1J1 (prąd nasycenia odwrotnego).
Granice tych obszarów są wyznaczane przez określone napięcia testowe.
Efekty napięcia
Przyłożenie napięcia do ogniwa powoduje wstrzyknięcie prądu elektrycznego do płytki krzemowej, wzbudzając nośniki nierównowagowe. Im wyższe napięcie, tym więcej nośników jest wzbudzanych, co prowadzi do wyższego prądu ciemnego. Jednak tempo wzrostu prądu spowalnia wraz ze wzrostem napięcia, aż do momentu, gdy ogniwo ulegnie zniszczeniu.
Testowanie standardowe
Prąd ciemny jest zazwyczaj testowany przy napięciu 12 V. Porównując wyniki testu z krzywymi standardowymi, można ocenić stan ogniwa:
· Nadmierny prąd ciemny w Regionie 1 wskazuje na problemy w cienkiej warstwie.
· Nadmierny prąd ciemny w Regionie 2 wskazuje na problemy w regionie głównym.
· Nadmierny prąd ciemny w Regionie 3 wskazuje na problemy ze złączem PN, takie jak dyfuzja, sitodruk lub nierównomierna temperatura.
Wniosek
Badanie prądu ciemnego jest kluczowe dla identyfikacji problemów procesowych i udoskonalenia produkcji ogniw słonecznych.
