Identificação e caracterização de defeitos

Este subcapítulo tem como objetivo identificar e categorizar defeitos detetados em módulos com a técnica de electroluminescência, pelo que foram estudados os cinco módulos disponíveis. As imagens dos módulos com luminescência apresentadas foram obtidas no laboratório com as luzes do teto desligadas e sem filtro. De forma a perceber se os defeitos são ou não visíveis a olho nu, também se colocaram as imagens do lado frontal e traseiro do módulo. Os parâmetros de aquisição de imagem selecionados foram iguais para os três módulos e encontram-se resumidos na Tabela 4.4.

Tabela 4.4 - Parâmetros da aquisição de imagem da câmara fotográfica.

Compensação de Exposição [EV] -4 Abertura do Obturador [f-stops] 4 Velocidade de disparo [s] 3 Distância focal [mm] 35 Sensibilidade ISO 200

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4.4.1. Módulo nº 1

O módulo fotovoltaico 1 é constituído por 96 células de silício monocristalino. O módulo foi percorrido com uma corrente de 3 A e uma tensão de aproximadamente 75 V.

a) b)

c) d)

Figura 4.29 - a) Módulo com EL, b) Close up do defeito, c) Parte frontal, d) Parte traseira.

Através da análise da parte da frente do módulo, representada pela Figura 4.29 c), verifica-se que o vidro apresenta duas manchas brancas (assinaladas a azul). A origem deste defeito esta relacionada com um problema no encapsulamento no módulo, que se pode observar na imagem da Figura 4.29 b), onde se verifica que o defeito é do próprio vidro e não da célula.

O módulo apresenta uma grande percentagem de células partidas e com fissuras (assinaladas a verde). Estes defeitos surgem durante o processo de fabrico, operação e mau manuseamento dos módulos. Observando a moldura exterior das células do módulo verifica-se que estas apresentam metade da sua área escurecida, sendo que este defeito resulta das ligações danificadas entre as células, o que leva a que não exista injeção de corrente e, consequentemente diminuição da geração de portadores de carga e taxa de recombinação radiativa. Estes defeitos são classificados como defeitos extrínsecos ao módulo reduzindo a sua eficiência ao longo do tempo. Nenhuma destas falhas é observável a olho nu.

O módulo apresenta também várias células escuras (assinaladas a vermelho), podendo a origem deste problema estar relacionada com PID. Este fenómeno ocorre quando as tensões e correntes de fuga originam a difusão de iões através dos materiais semicondutores e outros elementos do módulo. Este defeito é classificado como intrínseco ao módulo. No entanto era necessário um estudo mais detalhado para identificar a causa exata do defeito.

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4.4.2. Módulo nº 2

O módulo 2 é constituído por 72 células de silício monocristalino. O módulo foi injetado com uma corrente de 5 A e uma tensão de aproximadamente 53 V.

a) b)

c) d)

Figura 4.30 - a) Módulo com EL, b) Close up do defeito, c) Parte frontal, d) Parte traseira.

A imagem do módulo 2 com luminescência, representada pela Figura 4.30 a), apresenta células com dedos partidos (assinalados a verde). Como há uma quebra localizada na injeção de corrente estes defeitos surgem como zonas escurecidas nas células.

É também possível observar (assinalados a azul) várias células com micro-fissuras e fissuras que originam células inativas (assinalados a vermelho). A maioria destes problemas surge durante o manuseamento dos módulos devido a quedas ou objetos que ao caírem sobre os módulos originam fissuras que não são visíveis a olho nu.

Também se consegue observar um curto-circuito (assinalado a amarelo) numa das células do módulo que vai dar origem a fissuras na mesma. Uma das consequências dos curto-circuitos é o aparecimento de hotspots. Hotspots são zonas da célula caracterizadas por temperaturas muito elevadas. Este defeito é também visível na parte frontal e traseira do módulo (Figura 4.30 b)). A célula danificada apresenta um aspeto queimado tanto na parte da frente como na parte de trás do módulo.

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4.4.3. Módulo nº 3

O módulo 3 é constituído por 72 células de silício monocristalino. O módulo foi injetado com uma corrente de 5 A e uma tensão de aproximadamente 53 V.

a)

c) d)

Figura 4.31 - a) Módulo com luminescência, b) parte frontal do módulo, c) parte traseira do módulo.

A imagem do módulo com luminescência, representada pela Figura 4.31 a), apresenta várias células com dedos partidos (assinalados a vermelho) e alguns curto-circuitos locais (assinalados a azul). Também se consegue detetar uma célula partida (assinalada a amarelo). Este defeito não origina áreas inativas na célula.

Estes defeitos são pouco significativos para a performance do módulo. Porém, com o passar do tempo, e com os módulos expostos a fatores externos, imperfeições como fissuras e micro-fissuras podem vir a degradar-se, criando zonas inativas nas células, causando um decréscimo significativo na eficiência do módulo.

Observando as imagens da Figura 4.31 verifica-se que tanto a parte frontal com a parte traseira do módulo não apresenta quaisquer defeitos visíveis.

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4.4.4. Módulo nº 4

O módulo 4 é constituído por 72 células de silício monocristalino. O módulo foi injetado com uma corrente de 5 A e uma tensão de aproximadamente 53 V.

a) b)

c) d)

Figura 4.32 - a) Módulo com luminescência, b) Close up do defeito, c) parte frontal do módulo, d) parte traseira do módulo.

Observando a imagem de luminescência do módulo 4, representada pela Figura 4.32, verifica-se que este se encontra bastante danificado. Este apresenta várias células com fissuras (assinaladas a vermelho) e várias células partidas com zonas inativas (assinaladas a azul).

É também possível visualizar a degradação da camada anti-reflectora, assinalada a branco. Zonas com áreas mais escurecidas correspondem a áreas de sinal de electroluminescência fraco. Tal pode dever-se ao material da célula se encontrar danificado, o que leva a uma menor injeção de corrente ou à camada anti-reflectora do módulo se apresentar descolorada, bloqueando deste modo o sinal de electroluminescência do silício

Também é possível identificar, assinalado a amarelo, uma célula partida, o que origina uma área inativa no módulo. Esteve defeito teve origem num problema mecânico que também é observado na parte da frente e de trás do módulo (Figura 4.32 b)). A parte de trás do módulo encontra-se riscada originando assim uma fissura na célula.

Consegue-se ainda identificar algumas células escuras. A sua origem pode estar associada a micro-fissuras que surgem durante a soldagem no processo de produção. Os resíduos da soldadura penetram na célula através das micro-fissuras, originando curto-circuitos. Contudo era necessário realizar um estudo mais aprofundado do defeito de modo a identificar a sua causa exata.

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4.4.5. Módulo nº 5

O módulo 5 é constituído por 72 células de silício monocristalino. O módulo foi injetado com uma corrente de 5 A e uma tensão de aproximadamente 53 V.

a) b)

c) d)

Figura 4.33 - a) Módulo com luminescência, b) Close up do defeito vista frontal e reverso, c) parte frontal do módulo, d) parte traseira do módulo.

O módulo 5 apresenta várias células com zonas inativas (assinaladas a vermelho), em consequência de fissuras resultantes do mau manuseamento do módulo (Figura 4.33 a)).

O módulo é usado em atividades com carrinhos solares, pelo que se realizaram furos na parte posterior do mesmo. Um destes furos atravessou o módulo afetando a célula, assinalada a verde (Figura 4.33 b)), o que resulta numa fissura com uma área da célula onde não vai existir injeção de corrente. Este defeito (assinalado a verde) é tanto visível na imagem do módulo com luminescência como através de uma inspeção visual à parte da frente e de trás do módulo.

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