太陽能板短命元兇,科學家發現「酸」會加速背板衰退

作者 | 發布日期 2020 年 03 月 11 日 18:39 | 分類 太陽能 , 材料、設備 , 能源科技 Telegram share ! follow us in feedly


太陽能板並非恆久遠,其壽命約 25 年,而紫外線、風吹雨打、砂石也會影響太陽能板的發電表現,而最近美國科學家發現,「酸」也會降低模組的壽命。

只要太陽能板一開始運作,壽命時鐘就會開始倒數計時,首先太陽能板會先遇到初始光衰(LID)現象,安裝幾小時後,轉換效率大多會下降 2% 左右,這是因為太陽能電池大多是由 P 型摻硼矽晶體製造,當太陽能照射到電池,其中的硼會跟氧原子結合成載子再結合中心,為硼−氧對(Boron-oxygen Pair)產生的缺陷,這會減少太陽能電池電荷載子壽命,進而影響電池轉換效率。

以單片模組來看可能沒什麼,但是隨著太陽能裝置量增加,損失的發電量就會積少成多,最終變成難以忽略的重大損失,若要解決問題,要從改變矽晶品質、更換摻雜劑或是先在受控環境進行光照衰減。

而最近科學家還發現,除了初始光衰外,太陽能板壽命比預期的還要短幾十年,那些負責保護太陽能板的「塑膠背板」其實不如我們想像的牢靠,雖然說東西都有其壽命,但有些背板出現裂痕、破裂的速度實在太快了。

其中太陽能背板得具備保護電池的功用,最常見的背板則是聚醯胺(polyamide,PA;醯音同溪),它得具備耐紫外線、高溫高濕衝擊、濕冷凍、抗張強度,阻絕水氣並抵禦撞擊,若有裂紋,水氣與氧氣會漸漸滲入,最後可能會有漏電的危險。

美國國家標準暨技術研究院(NIST)材料工程師 Xiaohong Gu 表示,團隊發現在 2010 年到 2012 年間,儘管有些背板已經符合標準,但還是在短短 4 年內出現嚴重裂紋。

該團隊為了解決這惱人的問題,收集來自美國、中國、泰國與義大利等地的太陽能背板,而這些背板都在 3 到 6 年間出現裂痕,而經過一系列化學與機械測試後,還發現越硬的地方越容易裂開,最容易碎裂的地方反而在背板內側。

對此,團隊推測,可能是封裝材料中的聚合物 EVA 出了問題,EVA 其中的乙酸(acetic acid,也就是醋酸)是主嫌,封裝材料在太陽的曝曬下,會開始降解並產生破壞性的化學物質,進而影響底下的背板,加快背板衰退速度。

為揪出犯人,科學家把幾根條狀的聚醯胺泡在醋酸 5 個月,然後再跟泡在一般水的對照組比較,最後他們發現顯微鏡下,比起沒有泡水、泡在水中的聚醯胺,泡在乙酸的塑膠出現了許多條裂縫;進一步分析溶液中的聚酰胺降解產物,也是乙酸溶液的濃度較高,顯然酸會加速聚酰胺的衰退速度。

該團隊認為,這項研究或許可有助於推出全新的耐用性測試項目,這樣一來背板的耐用性檢測能更加全面,同時也有助於廠商推出壽命更長的太陽能板。目前研究已發表在《Photovoltaics: Research and Applications》。

(圖片來源:NIST

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