Existem vários tipos de corrente dentro das células solares, como a corrente escura, a corrente reversa e a corrente de fuga. Essas correntes têm diferentes graus de impacto na potência de saída dos módulos solares. Distinguir as características dessas correntes pode ajudar a identificar as causas da potência de saída anormal do módulo, contribuindo para uma resolução completa dos problemas.
Corrente escura
Definição
A corrente escura, também conhecida como corrente de saturação reversa na ausência de iluminação, refere-se à corrente contínua reversa gerada em uma junção PN sob condições de polarização reversa quando não há incidência de luz. Geralmente, é causada pela difusão de portadores ou por defeitos na superfície e no interior do dispositivo, bem como por impurezas prejudiciais.
Formação
(1).Processo de difusão:Dentro de uma junção PN, há mais elétrons na região N e mais lacunas na região P. Devido à diferença de concentração, os elétrons na região N difundem-se em direção à região P, e as lacunas na região P difundem-se em direção à região N. Embora o campo elétrico interno da junção PN resista a essa difusão, ela ainda ocorre até que um equilíbrio dinâmico seja alcançado, formando uma corrente de difusão.
(2).Defeitos e impurezas:Quando existem defeitos na superfície ou no interior do dispositivo, eles atuam como centros de recombinação, capturando elétrons e lacunas e facilitando a recombinação. Impurezas nocivas desempenham um papel semelhante, contribuindo para a formação de corrente escura.
Impacto
A corrente escura é frequentemente considerada durante a seleção de wafers de silício. Correntes escuras excessivas indicam baixa qualidade do wafer, como muitos estados de superfície, numerosos defeitos na rede cristalina, impurezas prejudiciais ou concentrações de dopagem excessivamente altas. Células solares fabricadas com esses wafers geralmente apresentam baixa vida útil dos portadores minoritários, o que leva diretamente a uma baixa eficiência de conversão.
Corrente escura em células solares
Em diodos simples, a corrente escura corresponde à corrente de saturação reversa. Em células solares, entretanto, a corrente escura inclui a corrente de saturação reversa, a corrente de fuga da camada fina e a corrente de fuga do material.
Corrente de saturação reversa
Definição
A corrente de saturação reversa refere-se à corrente em uma junção PN quando uma polarização reversa é aplicada. A tensão reversa alarga a camada de depleção, aumentando o campo elétrico e a energia potencial dos elétrons. Isso dificulta a travessia da barreira pelos portadores majoritários, reduzindo a corrente de difusão a valores próximos de zero.
Formação
1. Corrente de deriva: O aumento do campo elétrico facilita a deriva dos portadores minoritários nas regiões N e P, formando uma corrente reversa.
2. Dependência da temperatura: Como os portadores minoritários são gerados termicamente, seu número é constante a uma determinada temperatura, assim como a corrente reversa.
Corrente de fuga
Definição
As células solares podem ser divididas em três regiões: camada fina (região N), camada de depleção (junção PN) e região de volume (região P). Defeitos e impurezas nessas regiões atuam como centros de recombinação, capturando elétrons e lacunas para facilitar a recombinação. Esse processo gera pequenas correntes, que contribuem para a corrente escura medida.
Tipos
• Corrente de fuga em camada fina: causada por defeitos e impurezas na camada fina.
• Corrente de fuga em massa: Causada por defeitos e impurezas na região do material.
Objetivo do teste de corrente escura
1. Prevenção de avarias
Quando a célula é polarizada reversamente ou a polaridade do módulo é invertida, uma corrente escura excessiva pode levar à rápida degradação da célula. Embora raro, testar a corrente escura ajuda a prevenir tais ocorrências.
2. Monitoramento dos Processos de Produção
O teste de corrente escura ajuda a identificar possíveis problemas no processo. A corrente escura é composta pela corrente de saturação reversa, corrente de fuga da camada fina e corrente de fuga do material, representadas por J1, J2 e J3, respectivamente.
Quando uma tensão reversa é aplicada:
· Região 1: Dominada por J2J_2J2 (corrente de fuga de camada fina).
· Região 2: Dominada por J3J_3J3 (corrente de fuga em massa).
· Região 3: Dominada por J1J_1J1 (corrente de saturação reversa).
Os limites dessas regiões são determinados por tensões de teste específicas.
Efeitos da voltagem
Quando uma tensão é aplicada à célula, ocorre a injeção de corrente elétrica na pastilha de silício, excitando portadores em não equilíbrio. Quanto maior a tensão, mais portadores são excitados, resultando em uma corrente escura maior. No entanto, a taxa de crescimento diminui com o aumento da tensão até que a célula se rompa.
Testes padrão
A corrente escura é normalmente testada a 12V. Comparando os resultados do teste com curvas padrão, é possível avaliar o estado da célula:
• Corrente escura excessiva na Região 1 indica problemas na camada fina.
• Corrente escura excessiva na Região 2 sugere problemas na região central.
• Corrente escura excessiva na Região 3 indica problemas com a junção PN, como difusão, serigrafia ou inconsistências de temperatura.
Conclusão
Testar a corrente escura é crucial para identificar problemas relacionados ao processo e melhorar a produção de células solares.
