Las microgrietas en las células solares son un desafío frecuente para los fabricantes de módulos solares fotovoltaicos. Investigadores financiados con fondos europeos introdujeron una innovadora técnica de pretensado para retardar el crecimiento de grietas y fabricar células solares duraderas.

Las células solares de silicio regulares están hechas de obleas muy delgadas, generalmente alrededor de 200 micrones de espesor. Aunque tienen cierta capacidad de flexión, pueden sufrir grietas, a menudo inducidas por fuerzas mecánicas o tensiones térmicas. Estas microgrietas son tan pequeñas que son imposibles de ver a simple vista, dificultando la detección. "En particular, las microgrietas pueden ser causadas por un mal manejo de las células solares durante su producción, por daños de transporte o instalación de los módulos o por exposición a diversos factores de impacto climático, ", señala el profesor Marco Paggi, que ha estado a cargo del proyecto PHYSIC, financiado con fondos europeos.

Sobre la base de la investigación pionera realizada por otro proyecto concedido por el Consejo Europeo de Investigación, Los investigadores que trabajan en PHYSIC concluyeron que todas las causas de agrietamiento en las células solares de silicio están relacionadas principalmente con la fragilidad del material. Por lo tanto, La tendencia industrial de reducir el grosor de las células solares para ahorrar material puede potenciar el efecto de agrietamiento y ser perjudicial para la durabilidad del módulo fotovoltaico.

Una pequeña tensión aumenta la conductividad.

Para encontrar un posible remedio para el crecimiento de grietas, los investigadores adoptaron una perspectiva mecánica sobre el problema. El núcleo de su enfoque fue que las células solares no son componentes independientes, sino que están incrustados en una estructura laminada compuesta por varias capas de diferentes materiales, incluidos vidrio y polímeros.

El equipo se centró en las tensiones residuales presentes durante el proceso de laminación que son causadas por las diferentes propiedades termoelásticas de varios materiales. "Un análisis cuidadoso llevó al descubrimiento de que ejercer una tensión de compresión residual débil en las células solares después de la fabricación del módulo puede aumentar la conductividad eléctrica alrededor de cualquier grieta. Debido a estas tensiones residuales deseables, las grietas tienden a cerrarse, dejar que la corriente eléctrica pase libremente a través de ellos, "explica el Prof. Paggi.

Al aplicar una técnica innovadora de pretensado en el material de la lámina posterior, la última capa polimérica que forma la estructura laminada que se encuentra frente al vidrio, los investigadores lograron aumentar la cantidad de esfuerzos de compresión en el silicio y lograr un cierre de grietas para la mayoría de las grietas. . Los datos de electroluminiscencia de las células solares agrietadas antes y después del tratamiento proporcionaron una clara evidencia de que las partes oscuras de la célula solar se vuelven eléctricamente conductoras de nuevo después de la técnica de pretensado recientemente propuesta.

La resistencia a las grietas es importante

PHYSIC presentó una nueva generación de módulos fotovoltaicos que muestra una resistencia superior contra el agrietamiento. El enfoque del proyecto se basó en los principios mecánicos fundamentales de los compuestos que hasta ahora no han sido abordados por los fabricantes de energía fotovoltaica. "Descuidar los problemas de degradación del material puede resultar muy perjudicial para el funcionamiento de los módulos fotovoltaicos, lo que lleva a pérdidas de energía eléctrica mucho más altas de lo que se ahorra al enfocarse en aumentar la eficiencia de conversión de energía solar, "añade el Prof. Paggi.