Les causes de l’effet PID sur les cellules solaires bifaciales

D’après pv magazine International

L’effet PID (Potential Induced Degradation), ou dégradation induite par le potentiel (PID), – un groupe de mécanismes causés par une tension élevée et une différence de potentiel entre la surface du module et les cellules solaires individuelles qui peuvent causer des dommages et une perte de puissance aux cellules après l’installation – a longtemps été une préoccupation pour l’industrie solaire. Dans les cas les plus graves, les modules ont perdu une grande partie de leurs performances après quelques années d’utilisation, ce qui a entraîné des pertes pour les propriétaires de systèmes et des demandes de garantie pour les fabricants de modules.

De nombreux correctifs sont disponibles au niveau du module et du système, et plusieurs fabricants ont été suffisamment confiants pour étiqueter leurs modules “sans PID” ces dernières années. Cependant, les différentes technologies de modules sont affectées différemment – et l’apparition des modules bifaciaux dans la fabrication courante au cours des dernières années a conduit à des alertes sur d’autres mécanismes PID, certains provoquant une sous-performance qui pouvait être inversée du jour au lendemain, et d’autres provoquant une perte de performance majeure et irréversible des cellules.

Mise en évidence d’un PID corrosif

Mieux comprendre ces mécanismes était donc l’objectif des scientifiques dirigés par la Hochschule Anhalt en Allemagne, qui ont utilisé des techniques d’imagerie sophistiquées pour étudier les effets du PID sur les cellules. Ils présentent l’intégralité de leurs résultats dans l’article intitulé Evolution of Corrosive Potential-Induced Degradation at the Rear Side of Bifacial Passivated Emitter and Rear Solar Cells, publié dans Rapid research letters.

L’étude a mis en évidence un mécanisme de PID corrosif (PID-c) qui pourrait endommager les couches de passivation dans la cellule, sans causer de dommages à la surface – ce qui modifie la compréhension antérieure des mécanismes. « Nous avons observé qu’il existe un PID non réversible même si aucun dommage de surface n’est observable, ce qui contredit le comportement PID-c rapporté jusqu’à présent dans la littérature, a déclaré le groupe de recherche. Ces résultats motivent une étude plus détaillée du PID-c sur les cellules solaires bifaciales et sa caractérisation afin de pouvoir distinguer le PID-p, moins nocif et réversible, du PID-c, nocif, non visible et non réversible, qui peut réduire considérablement la fiabilité des cellules solaires bifaciales ».

Le groupe a constaté que l’oxydation du silicium sous les couches de passivation provoquait la formation de fissures lorsque la cellule est placée sous contrainte PID, laissant des zones non passivées avec des performances électriques beaucoup plus faibles. « L’hypothèse de travail est que le PID-c est dû à des impuretés (Ca, Na, K) dans la solution de gravure utilisée pour cette étape du processus, rendant les cellules solaires sensibles au PID-c, car ces impuretés conduisent à une forte densité de défauts de surface, ce qui favorise la formation d’oxyde de Si à l’interface de l’AlOX et de la masse de Si », expliquent-ils.

Comment atténuer le PID

Les chercheurs notent que, jusqu’à présent, aucune remontée depuis le terrain sur ces mécanismes PID  n’a été faite et ils suggèrent que de tels problèmes pourraient être protégés par des accords de non-divulgation, ou qu’il serait encore trop tôt pour les voir apparaître. Diverses solutions pourraient être envisagées dans la conception des cellules – l’ajout d’intercalaires conducteurs supplémentaires est un exemple donné par les scientifiques de HS Anhalt. Cependant, jusqu’à ce que de telles solutions puissent être développées, ils déclarent que les mises à jour des normes de test seront essentielles pour détecter les dommages causés par le PID avant qu’il ne soit trop tard. « Les protocoles de test courants ne sont pas valables pour le PID à l’arrière. En raison de la nature dynamique du PID-p et de l’interaction avec l’éclairage, la mise en place des tests doit permettre de mesurer les éventuelles performances transitoires », explique Kai Sporleder, chercheur à HS Anhalt, à pv magazine. « Il faut un éclairage simultané et un suivi des variations de puissance des cellules solaires avec une résolution temporelle de quelques secondes. Il faut noter que le protocole standard actuel peut conduire à de faux résultats PID en raison du manque d’éclairage ».