Pesquisadores da fabricante chinesa de módulos solares Trina Solar propuseram uma nova classificação da degradação induzida por radiação ultravioleta (UVID, na sigla em inglês) em células solares TOPCon, distinguindo entre degradação reversível (r-UVID) e irreversível (ir-UVID). O objetivo é aprimorar as avaliações de confiabilidade, padronizar os procedimentos de teste e prever com maior precisão o desempenho de longo prazo em condições reais de operação.
A equipe de pesquisa explicou que as categorias propostas, r-UVID e ir-UVID, estão alinhadas aos procedimentos de recuperação previstos na futura especificação técnica IEC TS 63624-1, da Comissão Eletrotécnica Internacional (IEC, na sigla em inglês). O documento está em desenvolvimento para padronizar os protocolos de testes laboratoriais destinados a avaliar a degradação induzida por UV em módulos solares de silício cristalino.
“Ao alinhar as definições propostas à futura norma IEC, o artigo introduz uma classificação que busca estabelecer uma linguagem comum para normalização, testes de confiabilidade, avaliações de garantia e financiamento de projetos. Isso permite avaliações mais consistentes dos riscos de desempenho no longo prazo e ajuda a distinguir perdas temporárias e recuperáveis de potência da degradação permanente que afeta a geração efetiva de energia”, disse à pv magazine Zhiwei Li, autor correspondente do estudo.
Os pesquisadores explicaram que uma característica marcante da degradação induzida por UV em células solares TOPCon é sua acentuada metaestabilidade. Após a exposição à radiação UV, as células podem apresentar perdas adicionais de desempenho durante o armazenamento no escuro, causadas principalmente pela redução da tensão de circuito aberto e caracterizadas por uma cinética de degradação biexponencial. No entanto, grande parte dessa degradação adicional é reversível e pode ser recuperada por meio de exposição prolongada à luz (light soaking) ou recozimento térmico, processos que favorecem a redistribuição do hidrogênio e alterações no aprisionamento de cargas nas interfaces de passivação.
“Testes de campo confirmaram que essa perda metaestável não afeta a geração efetiva de energia em condições externas, uma vez que a luz solar diária permite a recuperação dinâmica”, afirmaram os pesquisadores. “A intensidade da degradação induzida por UV depende fortemente da espessura e do método de deposição da camada de óxido de alumínio (AlOₓ), do teor de hidrogênio e de sua configuração de ligações, além da escolha da camada de cobertura. Camadas mais espessas de AlOₓ e camadas de cobertura de oxinitreto de silício (SiON) oferecem maior resistência.”
“A degradação induzida por UV em células solares TOPCon também apresenta diferenças acentuadas entre fabricantes, refletindo variações na qualidade das lâminas de silício, nos processos de deposição das camadas de passivação e nos perfis de dopagem do emissor”, acrescentaram.
Diferentemente dos testes convencionais de pré-condicionamento por UV, que normalmente utilizam doses relativamente baixas de radiação e podem não capturar mecanismos de degradação específicos das células TOPCon, a abordagem proposta incorpora níveis de exposição à radiação UV significativamente mais elevados, seguidos por um procedimento padronizado de recuperação por exposição à luz. Segundo os pesquisadores, essa etapa adicional permite distinguir perdas temporárias e reversíveis de desempenho da degradação persistente que permanece após a recuperação, proporcionando uma avaliação mais realista da confiabilidade dos módulos no longo prazo e dos possíveis impactos sobre a geração de energia em condições externas.
Os pesquisadores afirmaram que o aprimoramento da passivação da face frontal das células será fundamental para mitigar a degradação induzida por UV. Uma das estratégias mais eficazes consiste em otimizar a espessura e o método de deposição da camada de AlOₓ. Camadas excessivamente espessas desse material, porém, podem provocar formação de bolhas, introduzir defeitos adicionais nas interfaces e aumentar a resistência ao tunelamento. Materiais alternativos para a camada de cobertura, especialmente o SiON, também apresentam potencial para estabilizar o hidrogênio, reduzir interferências de cargas nas interfaces e melhorar a passivação química.
A equipe também observou que a deposição por camada atômica (ALD), particularmente a versão aprimorada por plasma, geralmente proporciona maior resistência à radiação UV do que a deposição química de vapor assistida por plasma convencional (PECVD), embora o desempenho dependa do processo específico. Além disso, os pesquisadores recomendaram ajustar o índice de refração do nitreto de silício (SiNₓ) para aumentar a absorção de UV e proteger as interfaces subjacentes, ressalvando que a absorção excessiva pode reduzir a eficiência óptica.
O gerenciamento do hidrogênio foi identificado como outra estratégia fundamental de mitigação, pois o elemento pode tanto passivar defeitos quanto contribuir para a degradação quando é liberado ou redistribuído durante a exposição à radiação UV. A otimização das temperaturas de deposição, das composições dos gases, dos perfis de queima e das condições de recozimento pode ajudar a preservar as ligações benéficas do hidrogênio e, ao mesmo tempo, limitar a formação de defeitos que favorecem a recombinação de cargas.
“Os efeitos combinados dos fatores ambientais, especialmente do calor e da radiação ultravioleta, exigem mais investigações e testes de confiabilidade mais representativos”, afirmou Li. “As diferenças entre as fontes de luz utilizadas no envelhecimento por UV, incluindo lâmpadas fluorescentes e de halogenetos metálicos, também precisam de critérios padronizados de equivalência. Além disso, a influência da radiação ultravioleta B (UVB) sobre as taxas de degradação, em comparação com a ultravioleta A (UVA), ainda não foi suficientemente quantificada.”
“Os pesquisadores também observaram padrões distintos de degradação entre parâmetros elétricos, particularmente entre a corrente de curto-circuito e as características relacionadas à passivação, mas os mecanismos subjacentes ainda não estão claros”, acrescentou. “Por fim, as estratégias específicas de mitigação da degradação irreversível induzida por UV ainda estão pouco desenvolvidas, o que evidencia a necessidade de abordagens sistemáticas para evitar perdas persistentes de desempenho e melhorar a confiabilidade dos módulos no longo prazo.”
A classificação proposta é apresentada no artigo “Degradação induzida por ultravioleta em células solares TOPCon: degradação reversível (r-UVID) e irreversível (ir-UVID), mecanismos e estratégias de mitigação”, publicado recentemente na revista Solar Energy Materials and Solar Cells.
