就地太阳能电池和模块加速性能退化的监测: 铜 (in, Ga) Se₂太阳能电池的实例研究

此方法有助于回答有关光伏可靠性、照明、电气负载、湿度和温度的组合效应等关键问题。与标准非应力可靠性测试相比，该方法具有以下优点:暴露于组合应力、缩短测试时间、实时监控设备性能。应力的组合可以调整，以模拟当地的气候，如极地和沙漠条件。

可以调整电气偏差以模拟个人底纹等效果。实时性能测量可实现更快、更简单的测试。它让我们了解很多关于降解过程的信息，并允许更好地预测或预防设备中发生的降解机制。

展示这个程序的将是汉克·斯泰弗斯、克拉斯·巴克和卡琳·萨利乌，他们都来自索利安。要开始该程序，请通过直接电流溅射涂层，在苏打石灰玻璃基材上沉积 0.5 微米的二分贝。然后，使用一摩尔氢氧化钠和0.3摩尔钾铁氰化物溶液，在长边边缘的摩尔德氧化硅中电化学蚀刻一条六毫米宽的条带。

接下来，在铜、钛、氦和氦气下的真空室中，通过将两微米厚的CIGS吸收层沉积在真空室中。然后通过化学浴沉积在样品上沉积50纳米的硫化镉。使用射频溅射在样品上沉积50至65纳米内在氧化锌和80至1000纳米的铝掺氧氧化锌。

接下来，使用刀片去除样品非蚀刻长边上 14 毫米宽的条带中的前四层，使二角背接触保持不变。将表膜放在样品上，溅射将样品边缘涂上60纳米的金，形成触点，然后用玻璃切割机或金刚石笔将样品切割成7毫米宽的碎片，从而形成7毫米至5毫米的细胞表面的样品。您可以测试任何你想要的设备，任何太阳能电池，任何模块，只要你能以可靠的方式与他们联系。

这需要由稳定的材料（如黄金）制成的触点。否则，您可能正在测试联系人的稳定性，而不是设备。接下来，在四点探头配置下，测量样品太阳能电池在标准条件下的原位电流电压性能。

然后，将样品放在带红外照明和 15 微米红外摄像机镜头的照明锁定热成像设备下。照亮样品并绘制温度空间差异图。使用此选项可识别有用和坏的样本。

之后，将样品放在带大功率 LED 的光致发光测绘仪器下，并记录空间光致发光图像。您还应使用其他几种分析技术，包括电致发光、分光光发光、外部量子效率测量和显微镜。根据这些暴露前和接触后测量结果，可以确定降解机制，并链接到暴露前特性。

用这种方式评估每个样本的视觉和横向缺陷。将至少两个非相邻样品存放在充满砷的手套箱中作为参考。将无参考太阳能电池安装在样品架中，这些太阳能电池在电池上没有阴影。

确保支架的测量销接触样品的正面和背面金触点。将样品架放在 CSI 设置的样品架上，以便太阳能电池和测量工具之间实现电气接触。将热电偶连接到样品。

通过空气质量 1.5 光源放置样品架进行照明，然后打开测量设备、电气负载和控制计算机。打开测量记录软件初始化仪器，然后为测量设计照明配置文件。接下来，填写样品信息，并为每个样品位置选择链接的热电偶。

然后，设置当前电压测量的初始电压、最终电压和步数。设置当前电压数据的自动保存位置。如果需要，定义样品的电气偏置。

然后，创建测量序列并添加相应的样本位置。在自动测量窗口中设置序列之间的等待时间，然后快速增加至 85% 的相对湿度，然后启动气候室序列，打开照明，切换到监控窗口，并开始记录电流电压测量。在斜坡期间监测室和样品温度至 85 摄氏度。

确认正在记录电气参数并生成电流电压曲线。一旦腔室达到85摄氏度，确认腔室湿度增加至85%注意这是降解实验的开始时间。将样品留在仪器中数百到数千小时，每 5 到 10 分钟测量一次电流电压曲线。

根据需要调整试验期间应用于样品的电气偏置。在实验结束时，让腔室冷却到室温数小时，然后再取出样品。将电气参数的变化绘制为曝光时间的函数。

从腔室中取出冷样品，并及时重复原位测量。执行曝光前使用的所有测量。之后，利用X射线衍射、二次离子质谱、扫描电子显微镜、SEM、X射线光电光谱等技术对降解样品和参考样品进行表征，以进一步研究失效机制。

在此示例中，CIGS 太阳能电池降解实验之前温度斜坡期间记录的数据显示，开路电压随温度函数而变化。当同时暴露在光、热和湿度下时，这些 CIGS 太阳能电池的效率会降低。当太阳能电池暴露在干热和光线下时，观察到最小的降解。

在这里，低负偏置电压对CIGS太阳能电池稳定性的负面影响大于在潮湿热和光条件下短路、开路或最大功率点条件。一组含有高钠和钾含量的CIGS太阳能电池最初在潮湿高温下照明时显示效率高，但降解速度比标准电池快。然而，在相同的条件下，用低碱含量制造的细胞仍然相对稳定。

进一步分析表明，由于钠的迁移，富含碱的细胞的分流性相应急剧下降。在获得这些结果后，应再次对设备进行彻底分析。根据这些结果，可以确定设备的降解机制。

此技术还允许确定全尺寸模块的降级行为。