All'interno delle celle solari sono presenti diversi tipi di corrente, come la corrente di buio, la corrente inversa e la corrente di dispersione. Queste correnti hanno un impatto variabile sulla potenza erogata dai moduli solari. Distinguere le caratteristiche di queste correnti può aiutare a identificare le cause di un'erogazione di potenza anomala del modulo, contribuendo a una risoluzione completa dei problemi.
Corrente Oscura
Definizione
La corrente di buio, nota anche come corrente di saturazione inversa in assenza di illuminazione, si riferisce alla corrente continua inversa generata in una giunzione PN in condizioni di polarizzazione inversa quando non vi è luce incidente. È generalmente causata dalla diffusione dei portatori di carica o da difetti sulla superficie e all'interno del dispositivo, nonché da impurità dannose.
Formazione
(1).Processo di diffusione:All'interno di una giunzione PN, la regione N è più ricca di elettroni, mentre la regione P è più ricca di lacune. A causa di questa differenza di concentrazione, gli elettroni nella regione N diffondono verso la regione P, e le lacune nella regione P diffondono verso la regione N. Sebbene il campo elettrico intrinseco della giunzione PN si opponga a questa diffusione, essa si verifica comunque fino al raggiungimento di un equilibrio dinamico, che dà origine a una corrente di diffusione.
(2).Difetti e impurità:Quando sono presenti difetti sulla superficie o all'interno del dispositivo, questi agiscono come centri di ricombinazione, catturando elettroni e lacune e facilitando la ricombinazione. Le impurità dannose svolgono un ruolo simile, contribuendo alla formazione della corrente oscura.
impatto
La corrente di buio viene spesso considerata durante la selezione dei wafer di silicio. Una corrente di buio eccessiva indica una scarsa qualità del wafer, come ad esempio la presenza di numerosi stati superficiali, molti difetti reticolari, impurità dannose o concentrazioni di drogaggio eccessivamente elevate. Le celle solari realizzate con tali wafer presentano solitamente una bassa durata di vita dei portatori minoritari, che si traduce direttamente in una bassa efficienza di conversione.
Corrente oscura nelle celle solari
Nei diodi semplici, la corrente di buio corrisponde alla corrente di saturazione inversa. Nelle celle solari, invece, la corrente di buio comprende la corrente di saturazione inversa, la corrente di dispersione dello strato sottile e la corrente di dispersione di volume.
Corrente di saturazione inversa
Definizione
La corrente di saturazione inversa si riferisce alla corrente in una giunzione PN quando viene applicata una polarizzazione inversa. La tensione inversa allarga lo strato di svuotamento, aumentando il campo elettrico e l'energia potenziale degli elettroni. Ciò rende difficile per i portatori di carica maggioritari attraversare la barriera, riducendo la corrente di diffusione a valori prossimi allo zero.
Formazione
1. Corrente di deriva: l'aumento del campo elettrico facilita la deriva dei portatori minoritari nelle regioni N e P, formando una corrente inversa.
2. Dipendenza dalla temperatura: Poiché i portatori minoritari sono generati termicamente, il loro numero è costante a una data temperatura, e lo è anche la corrente inversa.
Corrente di dispersione
Definizione
Le celle solari possono essere suddivise in tre regioni: strato sottile (regione N), strato di svuotamento (giunzione PN) e regione di massa (regione P). Difetti e impurità in queste regioni agiscono come centri di ricombinazione, catturando elettroni e lacune per facilitare la ricombinazione. Questo processo genera piccole correnti, che contribuiscono alla corrente di buio misurata.
Dimensioni
• Corrente di dispersione a strato sottile: causata da difetti e impurità nello strato sottile.
• Corrente di dispersione di massa: causata da difetti e impurità nella regione di massa.
Scopo del test della corrente di buio
1. Prevenire i guasti
Quando la cella è polarizzata inversamente o la polarità del modulo è invertita, una corrente di buio eccessiva può portare a un rapido guasto della cella. Sebbene rari, i test sulla corrente di buio aiutano a prevenire tali eventi.
2. Monitoraggio dei processi produttivi
Il test della corrente di buio aiuta a identificare potenziali problemi di processo. La corrente di buio è composta dalla corrente di saturazione inversa, dalla corrente di dispersione dello strato sottile e dalla corrente di dispersione di massa, rappresentate rispettivamente da J1J_1J1, J2J_2J2 e J3J_3J3.
Quando viene applicata una tensione inversa:
· Regione 1: dominata da J2J_2J2 (corrente di dispersione dello strato sottile).
· Regione 2: dominata da J3J_3J3 (corrente di dispersione di massa).
· Regione 3: dominata da J1J_1J1 (corrente di saturazione inversa).
I confini di queste regioni sono determinati da specifiche tensioni di prova.
Effetti della tensione
Quando viene applicata una tensione alla cella, si verifica un'iniezione di corrente elettrica nel wafer di silicio, che eccita i portatori di carica fuori dall'equilibrio. Maggiore è la tensione, maggiore è il numero di portatori eccitati, con conseguente aumento della corrente di buio. Tuttavia, il tasso di crescita rallenta all'aumentare della tensione fino al guasto della cella.
Test standard
La corrente di buio viene tipicamente misurata a 12V. Confrontando i risultati del test con le curve standard, è possibile valutare lo stato della cella:
· Un'eccessiva corrente oscura nella Regione 1 indica problemi nello strato sottile.
· Un'eccessiva corrente oscura nella Regione 2 suggerisce problemi nella regione principale.
· Una corrente di buio eccessiva nella Regione 3 indica problemi con la giunzione PN, come diffusione, serigrafia o incongruenze di temperatura.
Conclusione
Il test della corrente di buio è fondamentale per identificare i problemi legati al processo produttivo e migliorare la produzione di celle solari.
