光伏组件电势诱导衰减效应

  中国太阳能研究所党组成员副研究员/省直科协委员/省直大学副教授/高工（ 客座） 蒋付华博士

  电势诱导衰减效应简称PID (Potential Induced Degradation。 PID 效应是常规带边框晶体硅光伏组件在工作过程中常见的一种衰减。

  在光伏电站运作过程中，光伏组件的封装EVA 会随着使用时 间发生老化。其中在湿热状态下以氧化和水解为主要老化途径，水解 速度与工作环境湿度、天气有关。潮湿、高温的环境易产生水蒸气，水蒸气通过组件封边硅胶或背板进入组件内部，使EVA 老化水解后 产生醋酸，醋酸与玻璃（钠钙玻璃）中的 NaCO3 等反应，析出 Na+、 Ca+2 离子。应安全要求组件边框均需要接地，光伏电池与组件边框 之间则会产生电势差。组件中电池串正极部分对边框(大地)偏压为正，负极部分对边框偏压则为负， 靠近两端的地方，组件电池对边框的 偏压较大。偏压大小主要受电池串电压影响，即组件中的电池串联数。

  于是在组件工作过程中，组件负极端电池片产生一个由边框和玻璃表面指向内部电池片的电场。在该电场作用下，封装材料中析出的 Na+、 Ca+2 离子向着电池片表面漂移，穿过 EVA 并在电池片表面积累。积累在电池片表面的阳离子，会吸引电子并加速电子空穴的复合，使并联电阻减小，内部漏电流增大，降低组件的开路电压 Voc、填充影子FF，以此来降低电池的输出功率。由于PID 效应中引起阳离子漂移的是边框和电池之间的偏压，因此 PID 衰减的产生部位大多先从组件内靠近边框的外侧电池片开始。组件中产生 PID 衰减一般都是整片电池EL 发黑，大多都以整个电池片为单位，都有着非常明显的衰减界限。

  采用任何技术的 P 型晶硅电池片，组件在负偏压下均有发生电势诱导衰减的风险。因为光伏阵列的组件边框通常都接地，造成单个组件和边框之间形成偏压，所以越靠近负极输出端的组件承受负偏压现象越明显。

  电站实际运行中，PID 衰减在带边框（钠钙玻璃、EVA 膜）常规晶体硅组件中都会存在，直流端系统电压越高、湿度越大、温度越高的环境 PID 衰减越严重。能够最终靠以下方法降低 P 型晶硅组件的PIOD 效应：

  N 型晶硅组件与P 型晶硅组件结构不同，主要不同之处在于，N 型晶硅组件正面为 p+型硅，P 型晶硅组件正面为 n 型硅。一些研究表明：N 型晶硅组件的 PID 效应主要减少的参数是 Isc 和 Voc，对 FF基本没影响；N 型晶硅组件的PID 效应不再是迁移的离子（Na+、 Ca+2）引起的，而是由于光伏电池与组件边框之间电势差引起的钝化层的电介质极化导致，因此能通过引入具有较高电导率和较低介电常数的钝化层可以有效的预防N 型晶硅组件的PID 效应。

  TOPCon 技术基于N-PERT 电池结构，属于N 型晶硅电池，依然采用了 SIN4 钝化材料，以某组件厂生产的 HD144N-600W 的 N-TOPCon 组件为例，该组件采用了常规有边框方式，因此PID 效应不可避免；

  （c-Si）的正面沉积很薄的本征非晶硅薄膜（i-a-Si:H）和 p 型非晶硅薄膜（p-a-Si:H），然后在硅片的背面沉积很薄的本征非晶硅薄膜

  （i-a-Si:H）和 n 型非晶硅薄膜（n-a-Si:H）形成背表面场；钝化层采用透明氧化物导电薄膜(TCO)，代替 SiN4，在高压偏压条件下，不存在积累电荷的绝缘层，因此不会产生 PID 现象。因此HJT 电池具有抗PID 的潜力。