Inżynierowie z Portugalii zdają sobie z tego sprawę i przeprowadzili testy niezawodności modułów fotowoltaicznych na imponującą skalę. Wykorzystali w tym celu dokonania Svante Arrheniusa, które doprowadziły do powstania modelu starzenia Arrheniusa. Jednym z kluczowych wniosków wyciągniętych przez członków zespołu badawczego było to, że długoterminowa wydajność modułów jest ogromnie zależna od procesu produkcyjnego.
Czytaj też: Chińczycy uporali się ze spadkiem wydajności. Ich dwustronne ogniwa słoneczne wyznaczają nowy trend
Tym sposobem nawet dwa pozornie identyczne modele mogą wykazywać wyraźne odmienności w kontekście długofalowego funkcjonowania. Portugalscy badacze użyli równania opisującego wpływ temperatury na prędkość reakcji chemicznej, co jest powszechnie przyjmowaną strategią w odniesieniu do obliczania stałych szybkości reakcji.
Zachodzące zderzenia nośników ładunku, czyli elektronów i dziur, mające miejsce w różnych temperaturach, mają wpływ na funkcjonowanie urządzeń fotowoltaicznych. Napędzają bowiem ich starzenie, a opracowany przez autorów model może być stosowany na szereg sposobów: w odniesieniu do różnego rodzaju urządzeń elektronicznych i optoelektronicznych.
Równanie Arrheniusa posłużyło portugalskim naukowcom do oceny długotrwałej przydatności ogniw słonecznych o takich samych parametrach. Wnioski wyciągnięte na podstawie tych analiz okazały się naprawdę interesujące
Zorganizowane eksperymenty dotyczyły małych monokrystalicznych modułów słonecznych dostarczonych przez chińskich dostawców Seed Studio i Osepp. Testowano je na przestrzeni 135 godzin w stałej temperaturze wynoszącej od 65 do 95 stopni Celsjusza. W takich warunkach można symulować 1000 godzin pracy w temperaturze wynoszącej 48 stopni Celsjusza.
A po co przyspieszać testy? Choćby to, by stwierdzić, że spadek wydajności jest powiązany z logarytmicznym trendem spadku podążającego za temperaturą. O szczegółach przeprowadzonych analiz inżynierowie piszą na łamach Results in Optics. Jak wyjaśniają, trzy ogniwa fotowoltaiczne były oświetlane za pośrednictwem lampy o mocy 50 W i przechowywane w temperaturze barwowej 6400 K, przy natężeniu światła poniżej 84 W/m².
Czytaj też: Bateria kwantowa na granicy wydajności. Ta technologia zmieni nasz świat
Jak się okazało, każde z urządzeń doświadczyło wysokiej degradacji napięcia w obwodzie otwartym i mocy maksymalnej oraz umiarkowanej w przypadku prądu zwarciowego. W przypadku ogniw od Seeed Studio zmierzono utratę 10% mocy maksymalnej w ciągu (symulowanych) 12 lat i 5 miesięcy. Z kolei urządzenia od Osepp doświadczyły takiej samej straty w ciągu… 45 lat i 1 miesiąca. Różnica była więc gigantyczna, a badacze chcieli określić, co za nią stało. Jak twierdzą, bardzo istotny okazuje się proces produkcyjny i jakość materiałów, ponieważ z pozoru identyczne ogniwa wykazują zgoła odmienne reakcje na długotrwałą eksploatację.