Фотогальваника
Спрос на солнечную энергию растет примерно на 30% в год за последние 15 лет. Чтобы удовлетворить растущий спрос, ускорить вывод продуктов на рынок и предоставить важные данные о производительности для поддержки конкурентной дифференциации, исследования сосредоточены на эффективности фотоэлектрических систем, их сроке службы и стоимости. Это стимулирует новые разработки в области использования и потребления материалов, конструкции устройств и технологий производства, а также разработку новых концепций повышения общей эффективности.
По номенклатуре продукции и по знаниям соответствующих областей применения специалисты отделения Анализа и Тестирования компании NETZSCH находятся среди лидеров рынка Термического Анализа и Изучения Термофизических свойств. Специалисты этого отделения способны удовлетворять самые высокие требования клиентов по производству надежного и современного оборудования с применением современных технологий. Решения компании основаны на методиках, зарекомендовавших себя в ходе исследований материалов, их разработке и контроле качества. Эти методики применяются при работе с фотоэлементами в различных отраслях промышленности. Стандартизированные методики тестирования, такие как Лазерная вспышка (LFA), Дилатометрия (DIL) и Термомеханический Анализ (TMA), Дифференциальная сканирующая Калориметрия (DSC), Термогравиметрический Анализ (TGA), Синхронный термический Анализ (STA), Динамический Механический Анализ (DMA/DMTA), и Диэлектрический Анализ (DEA), позволяют получать полезные данные о следующих термических, термофизических и механических свойствах:
- Теплопроводность и термодиффузия
- Теплообмен
- Удельная теплота
- Поведение при отверждении
- Технологические свойства
- Ползучесть
- Поведение пленок и красок при засыхании
- Термическая устойчивость
- Загрязненность\
В этом примере теплофизические свойства кремниевой пластины были измерены с помощью LFA 457 MicroFlash®. В диапазоне температур от -100 ° C до 500 ° C коэффициент теплопроводности и температуропроводности непрерывно снижаются. Определение удельной теплоемкости проводилось с помощью DSC 204 F1 Phoenix®. Стандартное отклонение точек данных составляет <1%.
Измерение LFA и DSC кремниевой пластины при температуре от -100°C до 500°C
Может использоваться следующее оборудование:
В этом примере измерения DSC проводились на образце пленки EVA толщиной прибл. 7 мг с DSC 204 F1 Phoenix® при скорости нагрева 10 К/мин. Эти эксперименты DSC были выполнены в Федеральном институте исследования и испытаний материалов («BAM»), Германия.
При первом нагреве (синяя кривая) за температурой стеклования при -28°C (точка перегиба) следует эндотермический двойной пик между 50°C и 100°C. Такое поведение при плавлении можно соотнести с распределением толщины пластин. Экзотермический пик при 158°C указывает на экзотермическую реакцию сшивания. Обращает на себя внимание довольно низкая энтальпия реакции (-14,15 Дж/г) по сравнению с эпоксидными смолами (обычно от -400 Дж/г до -500 Дж/г).
При 2-м нагреве (красная кривая) стеклование происходило почти при той же температуре. Двойной эндотермический пик между 40°C и 80°C изменился на широкое плечо с максимумом при 63°C. Чем больше толщина кристалла, тем выше температура плавления. Следовательно, переход от пика к широкому плечу является показателем распределения кристаллов с уменьшенной толщиной в результате термической обработки в первом прогоне. Пик экзотермической реакции отсутствует во 2-м прогоне, что указывает на то, что процесс сшивания завершился после 1-го нагрева.
1-й и 2-й нагрев коммерчески доступной пленки EVA (Mitsui Chemicals Fabro)
В этом примере кремниевая пластина была измерена с помощью синхронного термического анализатора STA 449 F1 Jupiter®, соединенного с масс-спектрометром QMS 403 Aëolos Quadro. Большой образец (1,6 г) помещали в тигель из Al2O3 (объемом 5 мл) и нагревали до 800°C со скоростью 10 K / мин в атмосфере синтетического воздуха. Две очень маленькие ступени потери массы (0,002% и 0,008%) происходят до 700°C из-за выделения органических компонентов. Для наглядности здесь представлены только массовые числа m / z 15, 51 и 78.
STA-MS измерение кремниевой пластины; массовые числа m / z 15, 78 и 51 соотносятся с шагом потери массы между 500°C и 800°C
CuGaSe2 с шириной запрещенной зоны 1,68 эВ является многообещающим материалом для тонкопленочной фотоэлектрической энергии, поскольку он может действовать как верхняя ячейка в тандемном фотоэлектрическом устройстве с CuInSe2 в качестве нижней ячейки. CuGaSe2 был синтезирован из Cu, Ga и Se, взятых в стехиометрических количествах.
При 450°C испарение Se3 обнаруживается с помощью распределения изотопов между m / z 230 и m / z 245, что указывает на нестехиометрический материал.
Присутствие йода показывает, что он использовался в качестве минерализатора для синтеза. Присутствие Se при температурах выше 900°C связано с термической деструкцией CuGaSe2.
Регулирование давления паров селена необходимо для контроля стехиометрии (измерение с помощью QMS 403/5 SKIMMER).
Измерение STA-MS SKIMMER® на халькопирите CuGaSe2
Эти DMA тесты были проведены в Федеральном институте исследования и испытаний материалов («BAM»), Германия. Многочастотное измерение (0,33 Гц, 1 Гц, 3,33 Гц, 10 Гц и 33,3 Гц) проводилось в держателе образца с двумя кантилеверами при скорости нагрева 2 К/мин и амплитуде 40 мкм. Наблюдаемое поведение стеклования типично. Модуль упругости E’ сильно уменьшается при -40 ° C, в то время как E’’ показывает четкий пик. Стеклование зависит от частоты: чем выше частота, тем выше температура стеклования.
Эти значения используются для определения энергии активации температуры стеклования. Между ln (f) и 1 / T обнаружена линейная корреляция. По наклону прямой можно рассчитать кажущуюся энергию активации. Эта энергия активации составляет 328 кДж / моль, значение в диапазоне, типичном для стеклования.
Модуль упругости E' и модуль потерь E" неотвержденного EVA на частотах от 0,33 до 33,3 Гц. Пиковая температура E ’смещается с -34°C до -27,6°C с возрастающей частотой
График Аррениуса логарифма частоты измерения в зависимости от обратной пиковой температуры E’
