Старіють сонячні батареї? Чому і як?

Як я чув, тривалість життя фотоелектричних клітин зазвичай становить кілька десятиліть. Це дуже довго, що стосується їх високої вартості, це суттєво (негативно) впливає на загальні витрати.

Чому вони старіють? Я бачу єдину можливість, яка могла пошкодити їх структуру атома, і це дуже високий енергетичний ультрафіолетовий (або навіть м'який рентген) фотонний спектр сонця (що є лише невеликою частиною його сили).

І, я думаю, ці фотони можуть бути легко відфільтровані прозорим пластичним шаром над кремнієм.

Таким чином, чому старі сонячні клітини старіють, і що відбувається в них на атомному рівні?

Національна лабораторія відновлюваної енергії (NREL) оцінює деградацію 0,4% -1% на рік для сонячних батарей. Я не знаю, яка тут хімічна дія (електричний результат - це збільшення серійного опору фотоелементів), але довгострокова деградація панелей корелює з впливом УФ. Незважаючи на те, що ушкоджує PV-матеріал, УФ-промені містять енергію, яку ми хочемо зібрати, тому ви не зможете повністю його відфільтрувати, не порушивши призначення панелі.

Інші причини деградації переважно пов'язані з погодою, але у вигляді механічних навантажень на систему. Що-небудь від вітру до снігопаду може пошкодити панелі, згинаючи панелі, утворюючи незначні тріщини на сонячних батареях та вбудовані електричні з'єднання. Інші фактори деградованої ПВ-панелі включають корозію або термін експлуатації підтримуючих електричних пристроїв, необхідних для підтримання функціонуючої системи (ці інші пристрої можуть мати коротший термін експлуатації, ніж панель, і якщо вони будуть досить дорогими, це може призвести до нестабільності системи фінансово порівняно із заміною всієї панельної системи).

Джерело: http://www.engineering.com/ElectronicsDesign/ElectronicsDesignArticles/ArticleID/7475/What-Is-the-Lifespan-of-a-Solar-Panel.aspx (Дивіться посилання "Детальніше" для звіту NREL)

Майте на увазі, що PN-з’єднання створюються в першу чергу за рахунок дифузії домішок (допантів) у кремній при підвищених температурах (1000 - 1500 К). Ефективність стику пов'язана з тим, наскільки різко змінюється концентрація легуючих речовин на стику (його градієнт).

При більш низьких температурах, таких як ті, яким піддається сонячний масив (скажімо, 270 - 330 К), дифузія відбувається набагато, набагато повільніше, але вона не припиняється повністю. Зважаючи на достатній час, градієнти легуючих речовин стають менш крутими, знижуючи ефективність PN-з'єднання. Протягом надзвичайно довгого часу (тисячоліть) напівпровідникові пристрої припинять роботу, оскільки їхні стики зникнуть зовсім.

З іншого боку, мій досвід використання сонячних батарей є космічним, а не земним. Найбільшими рушіями для деградації сонячних батарей у космічному просторі є випромінювання частинок та вплив орбітального сміття. Випромінювання частинок погіршується, зношуючи стик, а орбітальне сміття деградує насамперед за рахунок підвищення опірності внутрішнього ряду клітин. Оскільки немає повітря для охолодження осередків, нагрівання зворотного зміщення також може бути серйозною проблемою, якщо сонячний масив частково затьмарюється іншою структурою.