Study of the effects of partial shading in thin film perovskite PV modules

The long-term operational stability of perovskite solar cell (PSC) modules is a critical barrier to their widespread commercial deployment. A primary challenge arises from partial shading, which forces individual cells within a module into reverse-bias operation, leading to localized power dissipation, a phenomenon known as the "hot-spot" effect. This study aims to evaluate the performance of PSC modules under these conditions to gain insight into the specific degradation mechanisms. In this work, various partial shading patterns were simulated in a controlled environment with a climate chamber. A data acquisition system was employed to continuously monitor the electrical performance (current-voltage characteristics) and temperature profiles of the modules. Electroluminescence (EL) imaging was performed before and after stress tests to visually identify and analyse the degradation phenomena, such as the formation of shunt paths and localized hot spots. The results of this investigation provide a deeper understanding of the correlation between partial shading conditions, thermal stress, and the degradation of PSC modules. By characterizing the electrical and physical changes, this work will inform the development of module-level solutions, ultimately contributing to the commercial viability of perovskite photovoltaic technology.

La stabilità operativa a lungo termine dei moduli solari a perovskite (PSC) rappresenta un ostacolo cruciale alla loro diffusione su scala commerciale. Una delle principali sfide deriva dall’ombreggiamento parziale, che costringe le singole celle all’interno di un modulo a operare in regime di polarizzazione inversa, causando dissipazione di potenza localizzata, un fenomeno noto come effetto “hot-spot”. Questo studio mira a valutare le prestazioni dei moduli PSC in tali condizioni, al fine di comprendere i meccanismi specifici di degrado. In questo lavoro, diversi schemi di ombreggiamento parziale sono stati simulati in un ambiente controllato mediante una camera climatica. Un sistema di acquisizione dati è stato impiegato per monitorare continuamente le prestazioni elettriche (caratteristiche corrente-tensione) e i profili di temperatura dei moduli. Le immagini di elettroluminescenza (EL) sono state acquisite prima e dopo le prove di stress per identificare e analizzare visivamente i fenomeni di degrado, come la formazione di percorsi di shunt e di punti caldi localizzati. I risultati di questa indagine forniscono una comprensione più approfondita della correlazione tra condizioni di ombreggiamento parziale, stress termico e degrado dei moduli PSC. Attraverso la caratterizzazione delle variazioni elettriche e fisiche, questo lavoro contribuirà allo sviluppo di soluzioni a livello di modulo, favorendo in ultima analisi la fattibilità commerciale della tecnologia fotovoltaica a perovskite.