Powszecnie wiadomo, że degradacja indukowana potencjałem (PID – ang. potential induced degragation) typu polaryzacyjnego (PID-p) szybko zmniejsza wydajność modułu. Amerykańscy naukowcy dowiedli, żew niektórych przypadkach PID-p można zmniejszyć lub nawet odwrócić pod wpływem światła, ale zgodnie z oczekiwaniami efekt ten będzie mniej wyraźny w przypadku tylnej strony dwustronnych modułów fotowoltaicznych otrzymujących mniejsze natężenie promieniowania [Mahmood F., et al., Prog. Photovolt. Res. Appl., 2023; 31, 1078–1090].
PIT to problem niezawodności wpływający na moduły fotowoltaiczne (PV), głównie wtedy, gdy instalacje fotowoltaiczne pracują pod wysokim napięciem w gorących lub/i wilgotnych warunkach (dodatkowe materiały: Ocena wydajności dwustronnych (bPV) i jednostronnych (mPV) systemów fotowoltaicznych oraz Degradacja modułów fotowoltaicznych cz. 1. krzemowe moduły fotowoltaiczne).
Przewiduje się, że dwustronne moduły fotowoltaiczne zdominują rynek fotowoltaiki w ciągu najbliższych 10 lat, dlatego też naukowcy podkreślają istotę lepszego zrozumienia problemu PID-p w modułach dwustronnych (dodatkowe materiały: Nowe materiały dla modułów bi-facial).
Mechanizm PID może zmniejszyć moc modułu nawet o 30%. Zidentyfikowano trzy typy mechanizmów PID: bocznikowanie PID (PID-s), polaryzację PID (PID-p) i korozję PID (PID-c). Degradacja PID-s spowodowana jest dyfuzją jonów sodu (Na+) ze szkła do ogniwa, co prowadzi do rekombinacji w złączu p-n. Powoduje to zmniejszenie rezystancji bocznikowej (RSH) i współczynnika wypełnienia (FF) modułu. Zjawisko PID-p może wystąpić w wyniku akumulacji ładunku dodatniego/ujemnego w warstwach dielektrycznych lub pasywacyjnych, co prowadzi do zwiększenia rekombinacji powierzchni i charakteryzuje się zmniejszeniem prądu zwarciowego (ISC) i napięcia obwodu otwartego (VOC). Co więcej, stwierdzono, że PID-p jest najszybszym mechanizmem degradacji spośród różnych procesów PID. Z kolei zjawisko PID-c w dwustronnych modułach w technologii p-PERC jest powiązane z działaniem korozyjnym powodowanym przez tlen zawarty w tlenku glinu (AlxOy), prowadzącym do uszkodzenia warstw AlxOy i azotku krzemu (SixNy). Mechanizm PID-c jest nieodwracalny, podczas gdy PID-s można odwrócić częściowo, a PID-p można całkowicie.
Naukowcy do badań wykorzystali trzy typy komercyjnych dwustronnych modułów fotowoltaicznych p-PERC różnych producentów: 1) w technologii szkło-szkło z ramą (GG-F), 2) szkło-backsheet (transparentny) z ramą (G-TBS-F) oraz 3) szkło-szkło bez ramy (GG-NF), łącznie 14 modułów. Rundy testowe miały na celu skupienie się na degradacji PID-p, jednakże obserwowano i badano również inne mechanizmy PID. Moduły badano symulatorem światła słonecznego typu „flash” przy wysokim (1000 W/m2) i niskim (200 W/m2) natężeniu promieniowania oraz wykonano obrazowanie elektroluminescencyjne (EL) po obu stronach modułu. W przypadku modułów, które uległy większej degradacji, przeprowadzono procedurę uzdrawiania światłem.
Moduły poddano obciążeniu ±1500 V przy temperaturze 25 °C i wilgotności względnej 54% przez 168 h w komorze środowiskowej zgodnie z normą IEC 62804-1. Przeprowadzono cztery rundy naprężenia PID, każda skierowana w określoną stronę modułu z inną polaryzacją. Nienaprężona strona modułu była utrzymywana na tym samym potencjale co ogniwo. Zastosowana metoda umożliwiła jednostronne naprężenie PID tzn. jeśli tylna strona obciążona została ujemnym napięciem polaryzacyjnym, ogniwa znajdowały się w ujemnym odchyleniu, a zastosowana folia Al (strona naprężona) była uziemiona. Krawędzie modułu zostały oklejone taśmą kaptonową, aby uniknąć kontaktu folii z ramą modułu (jeśli była). Z przodu i z tyłu modułów umieszczono blachy aluminiowe o małych prostokątnych rozmiarach, w celu zapewnienia odpowiedniego kontaktu folii al. z powierzchnią modułu, jednocześnie zastosowano taśmę Al 3M zapewniają łączność elektryczną pomiędzy małymi arkuszami. Moduły zamontowano poziomo na izolowanym elektrycznie stojaku ze stali nierdzewnej.
Moduły przetrzymywano w temperaturze pokojowej przy oświetleniu pokojowym przez 720 godzin, a następnie zdrowiono w świetle słonecznym. W rundzie pierwszej ujemnie obciążano naprężeniem tylną stronę modułu, co doprowadziło do degradacji mocy maksymalnej do 32 % dla modułów w technologii szkło-szkło. Moduły z tylną warstwą backsheet degradowały w mniej niż 1 % ze względu na właściwości izolacyjne warstwy spodniej. Nie oznacza to jednak, że moduły bez tylnego szkła będą odporne na PID-p podczas pracy w terenie ponieważ można przypuszczać, że warstwa spodnia z biegiem czasu ulegnie degradacji, wpływając na rezystywność i zwiększając czułość modułu na PID. Mechanizm degradacji można przypisać typowi polaryzacyjnemu PID-p, ponieważ obserwuje się znaczny spadek prądu zwarciowego. Co więcej, prawie całkowity odzysk mocy modułów również świadczy o występowaniu tego mechanizmu. Występująca degradacja jest większa, gdy charakterystykę I-V mierzy się przy niższym natężeniu promieniowania wynoszącym 200 W/m2 co oznacza, że tylna strona dwustronnych modułów p-PERC jest bardziej narażona na efekt PID-p, ponieważ otrzymują mniej światła. Oznacza to również, że im mniej światła dociera do tylnej strony, tym efekt zdrowienia również maleje, dodatkowo zwiększając podatność tylnej strony na występowanie PID-p.
W drugiej rundzie dodatnio obciążano przednią stronę modułu, a degradacja mocy maksymalnej we wszystkich modułach była mniejsza niż 5 %. Mechanizm degradacji również przypisano zjawisku polaryzacyjnemu. Moduł typu szkło-szkło prawie całkowicie regeneruje się pod wpływem światła słonecznego.
Runda trzecia polegała na ujemnym obciążeniu przedniej strony modułu. Wszystkie moduły wykazały mniej niż 1% spadek mocy maksymalnej, co wskazuje na brak degradacji. Podobny spadek mocy odnotowano w rundzie czwartej podczas obciążenia dodatniego tylnej strony modułu. Badania potwierdziły, że w takich konfiguracjach wystąpienie zjawiska PID jest mało prawdopodobne.
Generalnie przeprowadzone badania sugerują, że moduły typu szkło-szkło są bardziej podatne na efekt PID z tyłu niż te z warstwą typu backsheet. Powodem są właściwości izolacyjne przezroczystej warstwy spodniej. Jednakże, jak podkreślają naukowcy, wyników tych nie można uogólniać na wszystkie moduły dostępne na rynku, ponieważ te pochodzą od różnych producentów i mają różne zestawienia materiałowe.