Un gruppo di ricerca dell’Agenzia nazionale per le nuove tecnologie, l’energia e lo sviluppo economico sostenibile (Enea) ha eseguito test di invecchiamento accelerato ai raggi UV su due tipi di incapsulanti, uno in poliolefine elastomeriche (POE) e l’altro in poliolefine termoplastiche (TPO), per confrontarne le prestazioni con quelle degli incapsulanti convenzionali in etilene vinil acetato (EVA).
“Gli incapsulanti altamente trasparenti ai raggi UV consentono di sfruttare l’intera gamma di lunghezze d’onda della luce solare. Il loro utilizzo nella fabbricazione di un modulo fotovoltaico è quindi particolarmente utile per aumentare l’efficienza di conversione dell’energia. Tuttavia, la formulazione di un incapsulante che sia trasparente ai raggi UV e allo stesso tempo chimicamente resistente alla degradazione è particolarmente impegnativa e impegnativa”, ha dichiarato Valeria Fiandra, autrice corrispondente, a pv magazine.
Il team ha eseguito una prima analisi della struttura chimica degli incapsulanti fotovoltaici. L’analisi della spettroscopia infrarossa in trasformata di Fourier (FTIR) ha rivelato che il POE, etichettato POE-8110, era un copolimero elastomerico di etilene e propilene, mentre il TPO era un polimero cristallino a catena laterale: poli(etilene-co-ottadecil acrilato).
Per verificare il comportamento in una configurazione realistica del modulo, il team ha fabbricato dispositivi in silicio cristallino (c-Si) di 30 cm × 30 cm. La composizione dei mini-moduli era la seguente: vetro sul lato anteriore, celle c-Si tagliate a metà, pellicola PET sul lato posteriore e uno dei tre incapsulanti in esame, applicati secondo le istruzioni del produttore.
I test di invecchiamento UV si sono spinti fino a 6000 ore di irradiazione e 1800 kWh/m2 di dose UV per rivelare gli effetti di degrado sui vari materiali. Il team ha esaminato in che modo i raggi UV influiscono sulla perdita di prestazioni elettriche e in che misura. I risultati sono stati confrontati con le prestazioni dell’EVA standard, denominato EVA-05HTL.
La caratterizzazione è stata effettuata utilizzando la diffrazione dei raggi X e sono stati registrati gli spettri Raman. I campioni sono stati misurati in modalità trasmittanza. Sono state effettuate anche misurazioni dell’indice di giallo (XI) con ogni campione misurato in triplicato. È stato monitorato l’indice carbonilico (CI) ed è stata completata un’analisi al microscopio elettronico a scansione (SEM).
“Durante l’invecchiamento, tutti gli incapsulanti subiscono una degradazione chimica, evidenziata dall’ingiallimento, dalla rottura dei legami polimerici e dalla formazione di prodotti di ossidazione contenenti gruppi carbonilici”, ha osservato il team, aggiungendo che il TPO è il ‘polimero più stabile dal punto di vista chimico’, come dimostrato dalle analisi FTIR e Raman e dalla variazione trascurabile del suo indice di giallo (YI).
Il team ha scoperto che il degrado più significativo è stato rilevato per il mini-dispositivo realizzato con EVA-05HTL. “Questo risultato è dovuto alla presenza del gruppo acetato nella molecola dell’EVA, assente nel POE e nel TPO, che porta alla produzione di acido acetico e determina sia la corrosione dei metalli sia la propagazione del degrado”, si legge.
Inoltre, il POE e il TPO hanno mantenuto le loro prestazioni meglio dell’EVA, “non solo perché non producono acido acetico, ma anche perché sono termicamente più stabili”, secondo il gruppo.
Il gruppo ha inoltre osservato che la quantità di radiazioni UV e la temperatura svolgono “un’azione sinergica nel causare la degradazione dei moduli fotovoltaici e hanno diverse influenze sull’integrità strutturale” dei polimeri utilizzati per l’incapsulamento.
“I nostri risultati sulle variazioni delle caratteristiche ottiche, chimiche e strutturali dei materiali e sulle prestazioni elettriche dei mini-dispositivi hanno dimostrato che il mini-dispositivo realizzato con il film di TPO presenta una maggiore stabilità nel comportamento a lungo termine, rispetto al POE e all’EVA”, ha detto Fiandra.
Attualmente sono in corso ulteriori ricerche per valutare la permeabilità all’umidità dei mini-dispositivi realizzati con i nuovi incapsulanti e gli effetti del degrado sull’affidabilità e la durata. Secondo Fiandra, i ricercatori stanno anche lavorando per migliorare l’efficienza dei moduli solari fotovoltaici utilizzando incapsulanti funzionalizzati con proprietà di riduzione della luce.
La ricerca è stata descritta in dettaglio in “New high UV transparency PV encapsulants: Properties and degradation after accelerated UV aging tests”, pubblicato da Polymer Degradation and Stability.
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