Non destructive testing techniques on solar modules

Solar energy has become one of the most attractive, fastest growing and fastest improving sources of renewable energy. As part of a constant improvement of solar photovoltaic modules it is important to find efficient ways of measuring and evaluating the quality and long-term reliability. In recent years the prices for electroluminescence (EL) and thermography (IR) imaging devices have dropped to a reasonable level and the technical capabilities have developed to a degree that their use as powerful tools in the non-destructive testing of solar systems is more than justified. This master thesis describes the physical fundamentals on which EL and IR imaging techniques are based on, in particular the so called Dark Lock-in Thermography (DLIT). On this theoretical background, imaging strategies are presented and improved to acquire highest possible accuracy. The interpretation of EL images imposes a deep understanding of ongoing processes in photovoltaic technologies, which is why a thorough analysis on the different defect types has been conducted. Still, little is known about the investigation of solar modules in combination of both techniques. Through preparations, editing and the use of image math tools, it is shown that certain effects or tendencies can be expounded. The images resulting from accelerated life-time testing ascertain the assumptions made from other observations. Yet, new very distinctive features have been discovered that are the origin for several improvement efforts. The influence of a system voltage in Potential Induced Degradation and TCO Corrosion have been studied and can now be better evaluated in terms of reliability. Many point defects which were initially mistaken as scribe-line bridges have been revised as impurities in the bulk material, and vice versa, many dark areas confounded as extended defects have been proven to be complications with the edge delete. The imaging results coming from the different module series emphasize the importance of a controlled production environment. In conclusion, EL and IR imaging should be a crucial part of the further improvement and holds further enhancements for the evaluation of solar modules.

L’energia solare è diventata una delle fonti di energia rinnovabile più richieste e con il maggior livello di crescita e di miglioramento. Uno dei passi più importanti da compiere per ottenere un miglioramento costante dei pannelli fotovoltaici consiste nel trovare modi efficienti per misurarne e valutarne la qualità e l'affidabilità sul lungo periodo. Negli scorsi anni, i prezzi per i sistemi di Elettroluminescenza (EL) e di Termografia (IR) sono scesi a un livello ragionevole e le capacità tecniche si sono sviluppate a un punto tale per cui è più che giustificato il loro uso come strumenti ad alto impatto per testare in modo non-distruttivo i sistemi solari. Questa tesi descrive i fondamenti fisici su cui si basano le tecniche di imaging tramite EL e IR, e in particolare la cosiddetta Dark Lock-in Thermography (DLIT). Su questo background teorico saranno presentate e migliorate le strategie di imaging per ottenere la maggiore accuratezza. L’interpretazione delle immagini EL richiede una profonda comprensione dei processi in atto nelle tecnologie fotovoltaiche, per cui è stata condotta un'analisi integrale su diversi tipi di difetti. Tuttavia si hanno ancora poche conoscenze riguardo all'investigazione dei moduli solari combinando entrambe le tecniche. Tramite preparazioni, elaborazioni e l'uso di strumenti matematici sulle immagini si dimostrerà che certe tendenze o certi effetti possono essere ricavati. Le immagini che risultano dalle prove di vita accelerata avvalorano gli assunti ricavati da altre osservazioni. Tuttavia sono state scoperte caratteristiche nuove e distintive che rappresentano il punto di partenza per alcuni tentativi di miglioramento. E’ stata studiata l'influenza di una tensione di sistema per la Degradazione Indotta Potenziale e per la Corrosione del Thin Conductive Oxide (TCO), e ora è possibile valutarla meglio in termini di affidabilità. Molti punti di difetto, che all’inizio sono stati erroneamente intesi come ponti di scribe-line su moduli Thin-Film, ora sono stati rivisti come impurità nel materiale. Viceversa, è stato provato che molte aree oscure scambiate per difetti estesi sono complicazioni con il processo di discontatto laterale. I risultati di imaging derivanti da diverse serie di pannelli sottolineano l'importanza di un ambiente di produzione monitorato. In conclusione, EL e IR dovrebbero essere una parte essenziale dell'ulteriore miglioramento dei panelli e presentano ulteriori avanzamenti per la valutazione dei pannelli solari.