江西瑞晶太陽能科技有限公司

新余市光伏產(chǎn)品及應(yīng)用工程技術(shù)研究中心

■ 熊大明 孫杰* Thangaraj Baskara Pandian 萬小強 龔海波

0 引言

晶體硅太陽電池?fù)碛袩o污染、模塊化、安裝維護簡單、工作壽命長達(dá)20～25年、運行可靠等優(yōu)點，是一種十分理想的可再生清潔能源。在長期的濕熱環(huán)境中，組件持續(xù)接通-1000 V的電壓，會引起組件性能持續(xù)衰減，這樣造成衰減的機理被稱為電位誘發(fā)衰減，即PID效應(yīng)[1]。嚴(yán)重時組件的功率衰減超過50%，嚴(yán)重影響電站的功率輸出，因此PID現(xiàn)象越來越受到光伏行業(yè)的重視[2]。可以預(yù)見，組件具有抗PID能力是未來行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的必然要求。在我們內(nèi)部實驗室同樣觀察到了由于PID效應(yīng)引起的非抗PID組件功率衰減，但從組件外觀上無法觀察到任何缺陷，只有通過EL測試和I-V測試才可以發(fā)現(xiàn)此問題的存在。

在電站實際運營中發(fā)現(xiàn)，高溫高濕的外部環(huán)境是造成組件出現(xiàn)PID現(xiàn)象的最大原因。但外部環(huán)境是客觀存在的自然條件，我們無法改變，只能通過系統(tǒng)、組件、電池3方面來解決PID問題。從系統(tǒng)端來看，主要有邊框接地、逆變器直流端負(fù)極接地等，但這樣只能緩解PID現(xiàn)象而不能徹底解決；組件端需使用高阻抗的EVA和特殊玻璃，但提高了生產(chǎn)成本；從電池端看，制備更為致密的減反射膜是一種非常有效的抗PID方法。主要有兩種方法，一種是直接提高氮化硅膜的折射率，但會引起電池轉(zhuǎn)換效率下降；另一種是在鍍氮化硅膜前，使用笑氣或臭氧對硅片表面進行氧化，生長一層致密的二氧化硅膜，以阻擋Na+遷移到p-n結(jié)。本文主要介紹使用電暈放電激發(fā)氧氣，生成的臭氧直接以氣流的方式對硅片表面進行氧化處理的研究，達(dá)到抗PID的目的。

1 實驗方法

1.1 電暈放電產(chǎn)生臭氧的原理

人工生產(chǎn)臭氧的方法主要有電解法、紫外光照法和電暈放電法[3]。電暈放電法生產(chǎn)臭氧是大功率臭氧發(fā)生器的主要工作方法[4]且較為經(jīng)濟。此類臭氧發(fā)生器主要由臭氧管、高頻電源、風(fēng)機和控制系統(tǒng)組成。臭氧管原理示意圖如圖1所示。臭氧管中的氧氣在高壓電場的強電離作用下被高速運動的電子撞擊分解成氧原子，高速電子具有足夠的動能，通過氧原子、氧分子及高速電子3體碰撞反應(yīng)形成臭氧，氧離子同氧分子之間的反應(yīng)式[5]為：

式中，M為除臭氧以外的其他氣體組分；Q為熱量。

圖1 臭氧管原理示意圖

1.2 電池和組件制作

筆者公司的多晶硅電池片正常生產(chǎn)流程如圖2所示，使用電暈放電臭氧氧化的生產(chǎn)流程如圖3所示。選擇相同廠家同一批號的硅片，用正常流程生產(chǎn)的電池片標(biāo)記為G1，使用電暈放電臭氧氧化工藝生產(chǎn)的電池片標(biāo)記為G2；使用G1組電池片生產(chǎn)的組件編號為M1，使用G2組生產(chǎn)2塊組件編號分別為M2和M3，組件生產(chǎn)使用相同的材料和工藝。

圖2 電池生產(chǎn)流程

圖3 臭氧氧化的電池生產(chǎn)流程

2 結(jié)果與討論

2.1 臭氧對電池轉(zhuǎn)換效率的影響

臭氧對電池轉(zhuǎn)換效率的影響見表1。由表1可知，G2組開路電壓上升但是短路電流下降，平均轉(zhuǎn)換效率無明顯變化，說明臭氧不影響電池轉(zhuǎn)換效率。

表1 臭氧對電池轉(zhuǎn)換效率的影響

2.2 組件抗PID性能研究

將組件M1、M2、M3進行抗PID測試，引用第三方測試機構(gòu)TüV Rhineland測試標(biāo)準(zhǔn)，測試環(huán)境為：溫度85 ℃、相對濕度85%、電壓-1000 V、時間96 h。對經(jīng)過抗PID測試的組件進行I-V測試，測試結(jié)果見表2。

表2 經(jīng)過96 h 85℃/85% RH/-1000 V電壓測試后的組件功率輸出

由表2可知，未使用臭氧氧化電池片制作的組件M1功率下降達(dá)到了32.2%，而使用臭氧氧化電池片制作的2塊組件M2和M3功率下降分別只有3.35%和0.36%，達(dá)到了抗PID要求。

對組件進行EL測試，組件經(jīng)過抗PID測試前后的EL圖像變化如圖4所示?？梢钥闯觯M件M1在經(jīng)過抗PID測試后大部分區(qū)域變成暗區(qū)，意味著已失去發(fā)電能力，這將嚴(yán)重影響組件的發(fā)電效率。而組件M2、M3經(jīng)過測試后并未出現(xiàn)暗區(qū)，組件性能未發(fā)生太大變化。

圖4 經(jīng)過96 h 85 ℃/85% RH/-1000 V電壓測試后的組件EL圖像

3 結(jié)論

本文研究了使用電暈放電制備抗PID多晶硅電池的一種方法。使用電暈放電的方式產(chǎn)生臭氧，在多晶硅片鍍氮化硅膜前對硅片進行氧化處理，表面生長一層致密的二氧化硅膜，經(jīng)過這樣處理的電池片轉(zhuǎn)換效率不受影響，使用這種電池片制作的組件能通過雙85環(huán)境測試且抗PID性能良好。

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