Kiểm tra vật liệu tấm pin mặt trời ở quy mô nhỏ
của Viện Tiêu chuẩn và Công nghệ Quốc gia
Ảnh: S. Moffitt / NIST
Trước khi đầu tư vào một mảng các tấm pin mặt trời, những người mua tiềm năng có thể tự hỏi: Liệu công nghệ này sẽ tồn tại được bao lâu trước khi nó bị phá vỡ?
Đó chỉ là điều mà một nhóm các nhà nghiên cứu của NIST — bao gồm Stephanie Moffitt, Po-Chang Pan và Xiaohong Gu (hiển thị ở đây) — hiểu rõ.
Ngày nay, bảo hành 30- 35 năm là tiêu chuẩn cho các tấm pin mặt trời thương mại, nhưng có những lo ngại rằng một số vật liệu tấm pin mặt trời có thể xuất hiện vết nứt và hỏng sớm hơn.
Đối với các thử nghiệm của họ, các thành viên trong nhóm đã sử dụng nhiều quy trình thời tiết tăng tốc để mô phỏng quá trình lão hóa tại hiện trường, để mẫu của họ tiếp xúc với các yếu tố gây căng thẳng như nhiệt, độ ẩm và tia cực tím. Họ cũng đã lấy mẫu từ một cánh đồng bảng điều khiển năng lượng mặt trời ở Arizona sau bảy năm, đó là thời điểm các tấm pin bắt đầu xuất hiện các vết nứt.
Họ phát hiện ra rằng các vết nứt có thể hình thành trong vật liệu lót nền (tấm lót sau) của các tấm sử dụng một loại polyme polyvinylidene fluoride (PVDF) làm tấm laminate, cụ thể là khi:
Polyme bị ứng suất cơ học (kéo hoặc kéo) theo một hướng cụ thể, điều này làm suy yếu cấu trúc tinh thể của vật liệu.
Lớp bên ngoài được pha trộn với polyme acrylic và bột màu, dẫn đến sự phân hủy hóa học tạo ra các vết rỗ trên bề mặt. Sau đó, tấm lưng không thể chịu được sức căng và các vết rỗ gây ra các vết nứt nhỏ.
Sử dụng kỹ thuật kính hiển vi, các nhà nghiên cứu cũng phát hiện ra sự thay đổi trong cấu trúc tinh thể của vật liệu tấm bìa cứng xảy ra trong quá trình nứt vỡ. Cấu trúc đó chuyển từ giai đoạn alpha sang giai đoạn beta, có nghĩa là các chuỗi polyme bắt đầu đóng gói theo một hình thức liên kết hơn.
Tóm lại, nhóm nghiên cứu nhận thấy rằng không phải tất cả các bảng tính ngược dựa trên PVDF đều hoạt động như nhau và việc gộp tất cả chúng lại với nhau có thể đơn giản hóa tình huống.
Trong nhiều trường hợp, nứt bảng tính sau có thể là một vấn đề lớn đối với sức sống của bảng điều khiển năng lượng mặt trời và nó không có cách khắc phục phổ biến, đơn giản. Các tấm bị nứt nghiêm trọng cần được thay thế hoàn toàn. Nhưng loại nghiên cứu này cung cấp cái nhìn sâu sắc hơn về các vấn đề để các nhà sản xuất có thể đưa ra lựa chọn sáng suốt hơn về vật liệu cho các sản phẩm đáng tin cậy hơn.
