Micro fissuras em células solares são um desafio frequente para os fabricantes de módulos solares fotovoltaicos. Pesquisadores financiados pela UE introduziram uma técnica inovadora de pré-tensionamento para retardar o crescimento de rachaduras e fazer células solares duráveis.

Células solares de silício regulares são feitas de bolachas muito finas, geralmente em torno de 200 mícrons de espessura. Embora tenham alguma capacidade de flexão, eles podem sofrer de rachaduras - freqüentemente induzidas por forças mecânicas ou tensões térmicas. Essas microfissuras são tão pequenas que são impossíveis de serem vistas a olho nu, tornando a detecção difícil. "Em particular, as microfissuras podem ser causadas pelo manuseio inadequado das células solares durante sua produção, por danos de transporte ou instalação dos módulos ou pela exposição a vários fatores de impacto climático, "nota o Prof. Marco Paggi, responsável pelo projeto PHYSIC, financiado pela UE.

Com base na pesquisa pioneira conduzida por outro projeto concedido pelo Conselho Europeu de Pesquisa, pesquisadores trabalhando em PHYSIC concluíram que todas as causas de rachaduras em células solares de silício estão principalmente relacionadas à fragilidade do material. Portanto, a tendência industrial de reduzir a espessura das células solares para economizar material pode aumentar o efeito de rachaduras e ser prejudicial à durabilidade do módulo fotovoltaico.

Um pequeno estresse aumenta a condutividade

Para encontrar um possível remédio para o crescimento do crack, pesquisadores adotaram uma perspectiva mecânica sobre o problema. No centro de sua abordagem era que as células solares não são componentes autônomos, mas estão embutidos em uma estrutura laminada composta de várias camadas de diferentes materiais, incluindo vidro e polímeros.

A equipe focou nas tensões residuais presentes durante o processo de laminação, que são causadas pelas diferentes propriedades termoelásticas de vários materiais. "Uma análise cuidadosa levou à descoberta de que exercer uma fraca tensão residual de compressão nas células solares após a fabricação do módulo pode aumentar a condutividade elétrica em torno de qualquer fissura. Devido a essas tensões residuais desejáveis, rachaduras tendem a fechar, deixando a corrente elétrica passar livremente por eles, "explica o Prof. Paggi.

Ao aplicar uma técnica de pré-tensão inovadora no material da folha traseira - a última camada polimérica formando a estrutura laminada que se encontra oposta ao vidro - os pesquisadores conseguiram aumentar a quantidade de tensões de compressão no silício e conseguir o fechamento de rachaduras para a maioria das rachaduras . Os dados de eletroluminescência de células solares quebradas antes e depois do tratamento forneceram evidências claras de que as porções escuras das células solares tornam-se eletricamente condutoras novamente após a técnica de pré-estresse recentemente proposta.

A resistência a rachaduras é importante

A PHYSIC revelou uma nova geração de módulos fotovoltaicos que apresentam resistência superior contra rachaduras. A abordagem do projeto girou em torno de princípios fundamentais da mecânica de compósitos que não foram abordados até agora pelos fabricantes fotovoltaicos. “Negligenciar as questões de degradação do material pode ser muito prejudicial para o funcionamento dos módulos fotovoltaicos, levando a perdas de energia elétrica muito maiores do que o que é economizado, concentrando-se no aumento da eficiência de conversão de energia solar, "acrescenta o Prof. Paggi.