多晶體硅太陽(yáng)電池的PID 效應(yīng)研究

肖慧萍1，2周浪1曹家慶3杜嘉斌4

萬(wàn)躍鵬4李世嵐4章金兵4

(1.南昌大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，江西 南昌330031；

2.南昌航空大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，江西 南昌 330063；

3.南昌航空大學(xué)信息工程學(xué)院，江西 南昌330063；

4.江西賽維LDK太陽(yáng)能高科技有限公司，江西 新余 338000)

摘要：隨著多晶硅太陽(yáng)電池的廣泛應(yīng)用，電池組件的電勢(shì)誘導(dǎo)衰減(PID)現(xiàn)象越來越引起大家的重視。本文介紹了多晶硅太陽(yáng)PID現(xiàn)象產(chǎn)生的原因以及目前的解決途徑。

關(guān)鍵詞：電勢(shì)誘導(dǎo)衰減多晶硅太陽(yáng)電池

光伏發(fā)電站建設(shè)中，光伏組件通常需要通過串聯(lián)來實(shí)現(xiàn)600V-1200V左右的系統(tǒng)電壓；為了防止人員觸電以及組件邊框電化學(xué)腐蝕，通常要求將組件邊框接地。這樣便在光伏組件中電池與玻璃和邊框之間形成了較大電勢(shì)差，而處于系統(tǒng)中不同位置的組件有不同的電勢(shì)，最大的電勢(shì)等同于系統(tǒng)電壓。在環(huán)境因素的作用下，這些電池組件在高電勢(shì)差的影響下，發(fā)電量會(huì)明顯衰減，這便是電勢(shì)誘導(dǎo)衰減現(xiàn)象(Potential Induced Degradation，PID)。組件長(zhǎng)期在高電壓作用下使得玻璃、封裝材料之間存在漏電流，大量電荷聚聚在電池片表面，使得電池表面的鈍化效果惡化，導(dǎo)致FF、Jsc、Voc降低，使組件性能低于設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。PID最早是Sunpower公司在2005年發(fā)現(xiàn)的。PID造成了光伏電站的發(fā)電量極大降低，降低幅度可達(dá)30%以上[1-2]。隨著光伏產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，越來越多的光伏電站建設(shè)在嚴(yán)酷的環(huán)境中，如高溫高濕、多雨、鹽堿地、水塘或湖面、沿海灘涂等地，這些嚴(yán)酷的環(huán)境因素加速了PID現(xiàn)象的發(fā)生，組件性能衰減非?？?。PID現(xiàn)象嚴(yán)重地影響了電站的正常運(yùn)營(yíng)，影響到了組件的壽命和電站的正常收益，阻礙了光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。因此，研究并生產(chǎn)出良好的抗PID的電池和組件有著十分迫切和現(xiàn)實(shí)的意義。

通常認(rèn)為PID產(chǎn)生的過程是：水氣通過封邊的硅膠或背板進(jìn)入組件內(nèi)部。水氣進(jìn)入組件，水導(dǎo)致封裝材料乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)水解產(chǎn)生醋酸，醋酸與玻璃表面析出的堿反應(yīng)產(chǎn)生可以自由移動(dòng)的鈉離子，鈉離子在電場(chǎng)的作用下移動(dòng)到電池表面[3]。

PID效應(yīng)的影響因素都有很多，環(huán)境溫度、濕度、組件、方陣的系統(tǒng)電壓的高低、接地方式都是影響PID效應(yīng)的關(guān)鍵因素，因此可以從改變系統(tǒng)的接地方式、改變組件的封裝工藝上來阻止PID效應(yīng)的發(fā)生。

目前，為節(jié)約成本，企業(yè)通常利用制備高折射率減反射膜的方法來從電池層面上獲得抗PID效果。研究發(fā)現(xiàn)，硅含量高的減反射膜比硅含量低的減反射膜更能抵抗PID。當(dāng)減反射膜的折射率大于2.13后，PID現(xiàn)象大大減少。

在封裝材料方面，可采用石英玻璃替代普通玻璃避免鈉離子析出；或使用化學(xué)結(jié)構(gòu)中不含可水解基團(tuán)的熱塑性彈性體來代替EVA；或者使用低醋酸乙烯含量的EVA可以減緩PID現(xiàn)象的產(chǎn)生[4]。

引起 PID 衰減的變化應(yīng)該是可逆的。光伏組件在早晨露氣較多或者下雨時(shí)被發(fā)現(xiàn)有漏電現(xiàn)象，而當(dāng)太陽(yáng)出來后，此漏電現(xiàn)象隨即減弱。在實(shí)驗(yàn)室中，當(dāng)將已經(jīng)發(fā)生PID衰減的組件在100℃下烘烤 100小時(shí)后，PID衰減基本消失[5]。

發(fā)現(xiàn)PID現(xiàn)象對(duì)降低光伏組件在現(xiàn)實(shí)環(huán)境中的使用有積極作用。PID現(xiàn)象是可控可逆的，如何提高組件的抗PID效果、保證組件的使用壽命會(huì)是未來數(shù)年內(nèi)光伏企業(yè)需要面臨并積極解決的一個(gè)重要的研究領(lǐng)域。

參考文獻(xiàn)

[1]H.Nagel，A.Metz and K.Wangemann..Crystalline Si soalr cells and modules featuring excellent stability against potential-induced degradation[C].26th European photovoltaic solar energy conference and exhibition.

[2]Simon Koch，Daniel Nieschalk.Potential induced degradation effects on crystalline silicon cells with various antireflective coatings[C].Proceedings of the 27th european photovoltaic congress and exhibition，24th-28thof September 2012，F(xiàn)rankfurt a.M.，Germany.

[3]葛華云.基于光伏組件的電位誘發(fā)功率衰減的研究[D].吉林大學(xué)，2013年.

[4]周曉蕾.針對(duì)PID的電池片防反射膜工藝改進(jìn)研究[D].上海交通大學(xué)，2013年.

[5]曾雪華，張志根，蔣建平.PID效應(yīng)及影響因素[J].太陽(yáng)能，2013，03，25-30.

STUDYON THE PHENOMENON OF POTENTIAL INDUCED

DEGRADATION OF POLYCRYSTALLINE

SILICON SOLAR CELLS

XIAO Hui-ping1，2ZHOU Lang1CAO Jia-qing3DU Jia-bin4

WAN Yue-peng4LI Shi-lan4ZHANG Jin-bing4

(1.DepartmentofMaterialsandEngineering，NanchangUniversity，JiangxiNanchang330031China；

2.DepartmentofMaterialsandEngineering，NanchangHangkongUniversity，JiangxiNanchang330063China；

3.DepartmentofInformationEngineering，NanchangHangkongUniversity，JiangxiNanchang330069China；

4.JiangxiLDKHiTechCo.Ltd.，JiangxiXinyu338000China)

Abstract：With a wide range of application of polycrystalline silicon solar cells，the phenomenon of potential induced degradation(PID)has attracted more and more attention.The reasons for the phenomenon of PID and possible solutions to anti-PID are described in this paper.

Key Words：potential induced degradationpolycrystalline silicon photovoltaic cells