I moduli solari TOPCon mostrano capacità di “auto-riparazione” sotto stress UV

Un gruppo di ricercatori della Nanchang University(Cina) e del produttore di moduli Trina Solar ha condotto una serie di esperimenti per valutare l’impatto della degradazione indotta dai raggi ultravioletti (UVID, *ultraviolet-induced degradation*) sulle prestazioni dei moduli solari a contatto passivato con ossido tunnel (TOPCon). Gli studiosi hanno scoperto che questo tipo di pannello può offrire una “resilienza metastabile” nelle reali condizioni operative.

“I nostri studi di laboratorio e sul campo confermano che la UVID nei moduli TOPCon è un effetto metastabile reversibile con la luce, che non influisce sulla produzione energetica effettiva”, ha dichiarato Zhiwei Li, autore principale dello studio, a pv magazine. “Questo risultato è fondamentale per aumentare la fiducia degli investitori e la bancabilità dei progetti, e fornisce una chiara base di affidabilità per l’industria.”

I ricercatori hanno eseguito test di invecchiamento accelerato sotto UV su celle solari TOPCon utilizzando una camera HY-UV-4225, dotata di lampada a ioduri metallici con emissione nel range 280–400 nm. Nei test, l’intensità UV è stata impostata a 180 W/m² e la temperatura del modulo mantenuta tra 60 e 65 °C. I campioni, in cortocircuito, sono stati esposti in camera a 50–60 °C e sottoposti a una dose cumulativa di irraggiamento di 2 kWh/m² proveniente da una sorgente luminosa da 800 W/m² (300–1200 nm).

Le celle, incapsulate tra vetri standard sigillati ai bordi, sono state sottoposte a una fluence totale di 30 kWh/m². Dopo l’irradiazione, i campioni sono stati conservati al buio per sette giorni, quindi esposti alla luce solare naturale per un giorno. In ogni fase, il lato frontale delle celle è stato monitorato mediante misure I–V e immagini di fotoluminescenza per valutare le prestazioni e individuare eventuali variazioni indotte dall’esposizione UV e dal successivo trattamento di “light soaking”.

Sono state studiate tre tipologie di celle TOPCon (C1–C3) con differenti strati di ossido di alluminio (Al₂O₃) e nitruro di silicio (SiNx), dai quali sono stati realizzati i corrispondenti moduli (M1, M3). Le prove in campo aperto sono state condotte a Changzhou (Cina), con i moduli montati a un’inclinazione di 23° e orientamento Sud, esposti alla luce solare diretta e monitorati con sensori meteorologici. In laboratorio, simulatori solari sono stati utilizzati per quantificare degradazione e recupero in condizioni di test standard, mentre sono stati calcolati energy yield (EY) e performance ratio (PR) per valutare le prestazioni complessive.

L’analisi ha mostrato che, sebbene i moduli M1 risultino più sensibili alla luce UV, la loro resa energetica media in cinque mesi differisce solo dello 0,17% rispetto a quella dei moduli M3. Tutti i moduli TOPCon hanno manifestato un ciclo metastabile di “degradazione–recupero” sotto irraggiamento UV, conservazione al buio e successiva esposizione alla luce, effetto attribuito a una sinergia tra ridistribuzione di cariche e passivazione mediata dall’idrogeno.

Questo comportamento è coerente con ricerche precedenti, che avevano evidenziato perdite di potenza durante la conservazione al buio dopo degradazione UV in laboratorio. I nuovi risultati sul campo confermano che i moduli TOPCon mantengono una potenza stabile in condizioni operative reali, grazie a un processo dinamico di autoriparazione dei difetti indotti dalla luce, che compensa efficacemente la degradazione causata dagli UV.

“Le nostre scoperte dimostrano che le celle solari TOPCon presentano caratteristiche metastabili: l’irraggiamento UV induce una degradazione di potenza, lo stoccaggio al buio ne amplifica l’effetto ritardato, ma un successivo trattamento di esposizione luminosa ripristina quasi completamente le prestazioni della cella”, hanno spiegato i ricercatori.

Gli autori sottolineano inoltre che l’attuale standard IEC 61215 offre margine di miglioramento per i test UV, che dovrebbero riflettere in modo più accurato l’impatto effettivo sulla generazione di potenza in campo. Concludono che la comunità scientifica e l’industria fotovoltaica dovrebbero approfondire la definizione delle soglie di dose UV responsabili dei fenomeni di degradazione e recupero nelle diverse tecnologie.

L’esperimento è descritto nello studio “UVID of TOPCon solar cells and the module power output performance in field test”, pubblicato su Solar Energy.