Инкапсуляция фотоэлектрических преобразователей в прозрачный полимерный композиционный материал

Легковесные фотоэлектрические модули становятся все более востребованными во многих технических применениях. В работе предложен подход к изготовлению стеклонаполненного инкапсулянта-препрега для ламинирования фотоэлектрических преобразователей. В процессе ламинации матрицы скоммутированных фотоэлектрических преобразователей образуется прозрачный и ударопрочный защитный композиционный материал. Проведена характеристика структуры и свойств композиционного материала с применением спектрофотометрии, инфракрасной спектроскопии и термического анализа. Изготовлены прототипы композитных фотоэлектрических модулей с высокоэффективными кремниевыми ячейками гетероструктурного типа, скоммутированными с применением клеевой технологии. Проведена оценка климатической стойкости полученных образцов. Установлено, что прототипы композитных фотоэлектрических модулей хорошо проходят испытания на термоциклирование, УФ-воздействие и градостойкость. Испытания композитных модулей выявили относительно высокую деградацию во время воздействия высокой температуры при высокой влажности. Деградация, вызванная проникновением влаги через композиционное покрытие, запускает коррозионные процессы в слоях прозрачного проводящего оксида ITO или контактной металлизационной сетки. Применение композиционного полимерного материала позволяет существенно снизить вес фотоэлектрических модулей за счет ухода от применения листового стекла в их конструкции при сохранении приемлемого уровня их климатической стойкости.

1. Abramov A, Andronikov D, Emtsev K, Orekhov D, et al. Super lightweight flexible HJT solar panel. (eds.) 35th European Photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition, 23 – 28 September 2018. USA: WIP - Renewable Energies; 2019. p.1227-1229. DOI:10.4229/35THEUPVSEC20182018-5CV.1.34

2. Yakovlev S, Schebet E, Emtsev K, Andronikov D, et al. Mechanical stability of semi-flexible solar panels. (eds.) 36th European Photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition, 9 – 13 September 2019. France: Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems ISE; 2019. p.1040-1041. DOI: 10.4229/EUPVSEC20192019-4AV.1.22

3. Yakovlev S, Schebet E, Emtsev K, Andronikov D, et al. Environmental stability of semi-flexible HJT solar panels. (eds.) 37th European Photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition, 7 – 10 September 2020. France: Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems ISE; 2020. p. 1117-1119. DOI:10.4229/EUPVSEC20202020- 4AV.2.18

4. Govaerts J, Luo B, Borgers T, Dyck R, et at. Development and testing of light-weight PV modules based on glass-fibre reinforcement. EPJ Photovoltaics. 2022;13:1-13. DOI:10.1051/epjpv/2022007.

5. Reinders A, Wit H, Boer A. Design of fibre reinforced pv concepts for building integrated applications. (eds.) 24th European Photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition, 21 – 25 September 2009. Germany: WIP - Renewable Energies; 2009. p.3940-3944.

6. Kyritsis A, Roman E, Kalogirou S, Nikoletatos J, et al. Households with fibre reinforced composite bipv modules in southern europe under net metering scheme. Renewable Energy. 2019;137(3):167-176. DOI:10.1016/j.renene.2017.09.068

7. Govaers J, Moliya K, Bin L, Borgers T, et al. The potential of glass-fibre-reinforcement: (thermo-) mechanical testing of light-weight PV modules. (eds.) 38th European Photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition, 6 – 9 September 2021. Germany: WIP Wirtschaft und Infrastruktur GmbH & Co Planungs KG. DOI:10.4229/EUPVSEC20212021-1AO.3.1.

8. Lu S, Holla R, Morley B. Resin suitable for powder coating compositions. United State patent 7,737,238. 15 May 2010.

9. Tzoumani I, Beobide A, Iatridi Z, Voyiatzis G, et al. Glycidyl methacrylate-based copolymers as healing agents of waterborne polyurethanes. International Journal of Molecular Sciences. 2022;23(15):8118. DOI:10.3390/ijms23158118

10. Anakabe J, Zaldua Huici AM, Eceiza A, Arbelaiz A. The effect of the addition of poly(styrene- co - glycidyl methacrylate) copolymer on the properties of polylactide/poly(methyl methacrylate) blend. Journal of Applied Polymer Science. 2016;133(37). DOI:10.1002/app.43935

11. Abdollahi H, Najafi V, Amiri F. Determination of monomer reactivity ratios and thermal properties of poly(GMA-co-MMA) copolymers. Polymer Bulletin. 2021;78:493-511. DOI:10.1007/s00289-020-03123-5

12. Li JL, Xie XM. Reconsideration on the mechanism of free-radical melt grafting of glycidyl methacrylate on polyolefin. Polymer. 2012;53(11):2197-2204. DOI:10.1016/j.polymer.2012.03.035

13. Yang P, Razzaq S, Jiao R, Hu Y, Liu L, Tao J. UV Light-induced degradation of industrial silicon HJT solar cells: degradation mechanism and recovery strategies. Journal of Solar Energy Research Updates. 2023;10:36- 45. DOI:10.31875/2410-2199.2023.10.04

14. . Kaya I, Ilter Z, Senol D. Thermodynamic interactions and characterisation of poly[(glycidyl methacrylate-co-methyl, ethyl, butyl) methacrylate] by inverse gas chromatography. Polymer. 2002;43(24):6455- 6463. DOI:10.1016/s0032-3861(02)00554-2

15. . Heidrich R, Barretta C, Mordvinkin A, Pinter G, et al. UV lamp spectral effects on the aging behavior of encapsulants for photovoltaic modules. Solar Energy Materials and Solar Cells. 2024;266:112674. DOI:10.1016/j.solmat.2023.112674

16. Tiefenthaler M, Wallner GM, Pugstaller R. Effect of global damp heat ageing on debonding of crosslinked EVA- and POE-glass laminates. Solar Energy Materials and Solar Cells. 2024;264:112602. DOI:10.1016/j.solmat.2023.112602

17. Sen C, Wang H, Wu X, Khan M, et al. Four failure modes in silicon heterojunction glass-backsheet modules. Solar Energy Materials and Solar Cells. 2023;257:112358. DOI:10.1016/j.solmat.2023.112358

18. Wu X, Sen C, Wang H, Wang X, et al. Addressing sodium ion-related degradation in SHJ cells by the application of nano-scale barrier layers. Solar Energy Materials and Solar Cells. 2024;264:112604. DOI:10.1016/j.solmat.2023.112604

19. Call J, Varde U, Konson A, Walters M, et al. Methodology and systems to ensure reliable thin-film PV modules. Reliability of Photovoltaic Cells, Modules, Components, and Systems. 2008;70480S. DOI:10.1117/12.797103