周挺　朱冰潔　懷朝君

【摘 要】本論文通過研究不同EVA材料對光伏組件PID測試性能的影響，對比分析采用了四類EVA封裝的光伏組件的IV特性以及EL測試結果，給出不同EVA材料的抗PID效應能力，給光伏行業(yè)的PID研究并解決困擾光伏行業(yè)的難題提供參考。

【關鍵詞】光伏組件；電勢誘導衰減；乙烯-乙烯醋酸酯共聚物（EVA）

中圖分類號： TM615 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2017）29-0104-002

【Abstract】In this paper， by studying the influence of different EVA materials on the performance of PV modules， the IV characteristics and EL results of the four types of EVA-encapsulated PV modules are contrasted and analyzed. The anti-PID effects of different EVA materials are given， Industry PID research and solve the problems plaguing the photovoltaic industry provide a reference.

【Key words】PV module； Potential-induced attenuation； Ethylene-vinyl acetate copolymer （EVA）

0 引言

光伏組件由TPT背板、封裝材料、晶體硅電池片、封裝材料、鋼化玻璃面板組成。其中封裝材料是它的最一個關鍵部分，好的封裝材料可以為太陽電池的安裝提供多種光學、物理、絕緣、防濕氣等保護[1]。由于具有成本低、質量輕、粘結性能好以及柔軟等優(yōu)點，高分子樹脂材料是目前使用廣泛的一種封裝材料，它包括離子型聚合物、聚乙烯醇縮丁醛（PVB）、乙烯-乙烯醋酸酯共聚物（EVA）、熱塑性聚氨酯（TPU）、熱塑性聚烯烴（TPO）、聚二甲基硅氧烷（PDMS）等[2]，其中含33%醋酸乙烯酯的EVA綜合性能良好，是目前光伏組件中最常用封裝材料。

PID效應是指長期運行于高強度負電壓下的組件，在封裝材料與玻璃間產生漏電流[3]，大量電荷在電池片表面集聚，從而導致光伏組件鈍化失效性能變差[3-7]。溫濕度等環(huán)境條件會使接地邊框和電池片之間形成漏電流，背板、玻璃、封裝材料和邊框間會形成漏電流通道，從而導致PID現(xiàn)象。

本論文通過研究不同EVA材料對光伏組件PID測試性能的影響，對比分析采用了四類EVA封裝的光伏組件的IV特性以及EL測試結果，給出不同EVA材料的抗PID效應能力，給光伏行業(yè)的PID研究并解決困擾光伏行業(yè)的難題提供參考。

1 試驗方案

1.1 EVA材料收集

收集不同抗PID的EVA制備廠家信息，挑選出四種EVA材料作為組件封裝材料，體積電阻值各有不同，具體如表1：

1.2 測試組件的制備

將收集的4種EVA材料按相同工藝分別制備成待測組件，每個種類各制作1個樣品，分別為樣品A、B、C、D。本試驗采用多晶硅電池片為主要原料。組件制備完成后，將待測組件置于戶外進行三輪5KW？h預處理，待組件穩(wěn)定后再進行PID試驗。

1.3 試驗方法

試驗開始前，先對所有樣品進行EL測試、IV特性測試的初始測試。對所有樣品進行相同條件的PID試驗，試驗方法參考以下IECEE國際電工委員會標準：IEC 62804系統(tǒng)偏壓耐受測試（俗稱電位誘發(fā)衰減PID測試）；IEC 61215， 地面用晶體硅光伏組件—設計鑒定和定型；IEC 61730-2， 光伏組件安全鑒定 第二部分：試驗要求；IEC 60068-2-78 環(huán)境測試 第2-78部分：試驗 試驗室：穩(wěn)態(tài)濕熱。試驗條件為：溫度60℃，濕度85%，時間96小時，電壓1000V，接線方式為反接。PID試驗結束后，進行實驗后EL測試、IV特性測試。

2 試驗結果

按試驗方案進行PID測試，測試前后不同EVA封裝組件I-V特性如表2：

3 結果分析

根據(jù)當前研究成果，一般認為PID失效存在三種控制機制，極化、鈉離子遷移和電化學腐蝕，在傳統(tǒng)的晶硅組件中，主要在電池片與焊帶的焊點附近易發(fā)生電化學腐蝕，這種腐蝕機制并不是所有晶硅組件產生PID現(xiàn)象的一個主要原因。極化主要與電池片的表面處理有關，極化產生的失效大多是可以恢復的，鈉離子遷移卻是難以扭轉的。鈉離子遷移原理為：由于水汽進入或EVA中原有的水分會導致EVA水解產生醋酸，醋酸與玻璃表面析出的堿反應產生可以自由移動的鈉離子，鈉離子在電場的作用下移動到電池表面，中和P-N結，引起電池片效率的降低。較好的EVA可以減少體系中的水解基團，進而阻隔鈉離子在體系中的移動帶來電池的PID問題。

對表2數(shù)據(jù)進行分析，A、B、C、D四類EVA封裝組件PID測試后，功率均有所衰減，對應衰減率分別為3.17%、7.71%、10.67%、1.06%。四類EVA對應組件PID實驗后功率衰減為C>B>A>D，結合四類EVA封裝材料組件PID測試前后的EL測試結果，分析其對PID效應的影響機理。

根據(jù)圖2.b的EL圖像可以看到，電池片出現(xiàn)的失效現(xiàn)象較A類EVA封裝的組件明顯，失效電池片數(shù)量也明顯增多，但出現(xiàn)失效的電池片仍大多為組件邊緣電池片，只是電池片失效位置由邊緣擴散到了中間。B類EVA 與A類EVA相比，阻擋體系內水解基團能力較弱，產生的鈉離子遷移較為嚴重。

根據(jù)圖3.b可以看出，出現(xiàn)失效的電池片仍為組件邊緣區(qū)域，但電池片的失效現(xiàn)象較前兩類EVA封裝的組件明顯嚴重，其中，有一片電池片已經完全失效，組件失效現(xiàn)象明顯。C類EVA不能完全阻擋體系內水解基團，導致組件內產生了較多的鈉離子，遷移到電池片表面后與電子中和，破壞了PN結，使得組件失效現(xiàn)象明顯。

從圖4可以看出，D類EVA封裝的組件在PID前后的EL圖像幾乎沒有變化。D類EVA能夠非常好的減少體系中的水解基團，進而阻隔鈉離子在體系中的遷移，因此這類組件幾乎沒有產生PID現(xiàn)象。

4 結論

根據(jù)EL測試結果，四類EVA阻隔鈉離子遷移的能力依次為D>A>B>C，造成的PID現(xiàn)象嚴重程度C>B>A>D，這與四類EVA對應組件PID實驗后功率衰減順序完全一致，D類EVA封裝的組件抗PID性能最好，C類EVA封裝的組件產生的PID現(xiàn)象最為明顯。對比四類EVA對應體積電阻可以發(fā)現(xiàn)，功率衰減率與EVA體積電阻大小成反比，即體積電阻越大，功率衰減越小?？梢酝茢郋VA材料體積電阻越大，其絕緣性能就越好，減少水解基團能力越強，阻隔鈉離子遷移能力也越強，抗PID能力越好。

【參考文獻】

[1]張增明，唐景，呂瑞瑞，等.光伏組件封裝EVA的濕熱老化研究[J].合成材料老化與應用，2011，3（40）：24-31.

[2]劉峰，張俊，李承輝，等.光伏組件封裝材料進展[J].無機化學學報，2012，3（28）：429-436.

[3]周藝，歐衍聰，郭長春，肖斌，何文紅，黃岳文，金井升.多晶硅太陽電池雙層SiNx鍍膜工藝研究[J].材料導報，2012，26（8）：14-16.

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[5]孫曉，王庚，惲旻，懷朝君，胡旦，沈輝.關于光伏組件標準中功率衰減指標的研究[J].標準科學，2015（4）：50-53.

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[7]何堂貴.晶體硅太陽電池制作中的擴散工藝研究[D].[碩士畢業(yè)論文].成都：電子科技大學，2009.endprint