Il fenomeno della LID nei pannelli solari monocristallini è noto e viene ampiamente studiato fin dagli anni Settanta. Tecnicamente, è considerato risolto. Sebbene i pannelli standard possano presentare una degradazione indotta dalla luce pari a circa lo 0,5%, questo valore non dovrebbe essere superato. I produttori devono tenere conto di questa perdita di prestazioni quando specificano la potenza nominale.

Su quali pannelli può verificarsi una maggiore degradazione indotta dalla luce?

I pannelli monocristallini realizzati in silicio di tipo p possono presentare una degradazione indotta dalla luce (LID) superiore all'1%. Nel silicio di tipo p (la p sta per positivo), gli atomi estranei con un elettrone esterno in meno rispetto al silicio vengono prima introdotti nel reticolo cristallino, dando luogo a un eccesso di lacune di elettroni positivi. Per molto tempo, questo atomo estraneo è stato prevalentemente il boro (B-LID).

Source: Fraunhofer CSP - Electroluminescence images of Mono-6 M2 before and after the LeTID test.

Cosa succede con la B-LID?

Nel caso della degradazione indotta dalla luce, le prestazioni di un pannello monocristallino si riducono irreversibilmente nelle prime ore di esposizione alla luce. Ciò è dovuto principalmente ai cosiddetti complessi boro-ossigeno che si formano nel reticolo di silicio. L'ossigeno si accumula in piccole quantità nel silicio quando i lingotti vengono estratti. L'ossigeno può combinarsi con il boro introdotto durante la produzione del wafer (nel caso del silicio di tipo p) per formare un complesso. Questo forma il proprio livello energetico e cattura i portatori di carica che vengono persi per la produzione di corrente. Il risultato è che l'efficienza di un pannello si riduce.

Anche metalli come il ferro, presenti nel reticolo di silicio, possono combinarsi con il boro e causare la LID, ma in modo meno forte rispetto ai complessi boro-ossigeno. 

Come si può evitare una maggiore degradazione indotta dalla luce in produzione?

Esistono due modi per evitare o ridurre al minimo la degradazione indotta dalla luce. Il fenomeno (B-LID) non si verifica nelle celle solari realizzate con silicio di tipo n. A tal fine, i wafer vengono prima dotati di un elemento che ha un elettrone esterno in più rispetto al silicio. Di norma si tratta del fosforo. Quando si utilizza il silicio di tipo p, si introduce nel silicio un elemento diverso dal boro. Il gallio si è dimostrato efficace: la degradazione indotta dalla luce è notevolmente inferiore. Oggi le celle solari di tipo p contengono di base gallio al posto del boro.

Quanto possono diminuire le prestazioni di un pannello a causa della LID?

Quando è iniziato il primo boom del fotovoltaico in Germania, intorno al 2005, gli effetti della LID sono stati più marcati: il silicio solare veniva acquistato in base alla disponibilità, anche se di qualità inferiore.  Se il materiale di partenza contiene un'alta percentuale di ossigeno, la degradazione indotta dalla luce delle celle monocristalline di tipo p può variare dal 3% al 7%. Questa fase è stata superata da tempo. Tuttavia, anche con un buon silicio solare, le prestazioni si riducono di circa il 2% a causa della LID se le celle solari di tipo p vengono dotate di boro. Se non si formano complessi boro-ossigeno o quasi, la degradazione dovuta ad altri effetti si aggira intorno allo 0,5%. Il produttore deve tenere conto della rispettiva riduzione di prestazioni quando indica la potenza nominale sulla targhetta, come prescritto dalla norma DIN EN 50380. Ciò significa che un pannello dovrebbe avere la potenza nominale indicata sulla targhetta anche dopo i primi giorni all'aria aperta.

Source: Fraunhofer CSP - STC power drop during the LeTID test.

Come si può riconoscere la LID negli impianti fotovoltaici installati?

Se un impianto installato di recente mostra rendimenti piuttosto bassi, è opportuno controllarlo. In presenza di LID, il primo segnale è un calo della produzione dell'impianto fotovoltaico. Le celle solari colpite sono anche più scure di quelle ad alte prestazioni. Il risultato è una sorta di scacchiera. Un controllo visivo e una misurazione delle prestazioni in loco possono essere utili come primo passo. Tuttavia, la LID si manifesta anche nelle immagini a elettroluminescenza. 

Autrice: Ines Rutschmann

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