摘要：本文分别研究了多晶硅组件在开路、短路不同连接方式时，其初期的LID（光致衰减）性能，并对多晶硅组件负载状态下的早期LID性能也进行了探究。试验结果表明开路接线方式对组件LID影响较大。其主要原因是光生电流促使硼铁与氧原子复合，尤其在偏置电压的电场状态下加速了其复合反应的进行。
前言：
有关P型晶硅电池组件LID光致衰减的研究，早在1997年时已有报道称其与硼氧复合有关[1]。两个间隙氧原子形成O2i二聚体，O2i扩散很快，与Bs形成Bs-O2i复合体[2]。晶硅电池组件功率衰减大小与硅片中的硼氧浓度有关，光生载流或电流注入会导致硅片中的硼氧形成复合体[3]。晶体硅的光致衰减特性目前已有大量研究成果，但晶硅组件早期光致衰减特性的研究尚有很大的空间。目前随着光伏市场竞争的加剧，在组件制造商与购买方的互动中，业界普遍指定并承诺质保组件25年线性衰减，规定组件早期的衰减指标为第一年多晶一般衰减2.5%，单晶一般衰减3.0%。鉴于以上背景，我们对多晶硅组件进行了不同接线方式下，其LID性能及其成因分析的研究。
根据IEC61215:edition 3 规定：试验组件前期预处理的条件是在开路状态下，辐照5kw·h/m2至20kw·h/m2；室外暴晒时连接额定负载后，共计辐照60kw·h/m2。以标准条款要求为背景，我们进行了开路、加负载、负载为零（短路）不同接线方式下，多晶硅电池组件前期LID的性能对比研究。
试验部分：
1.1试验设备
光伏组件试验样品的测试均在上海晶澳太阳能科技有限公司检测中心完成。试验用主要设备及其用途见表1：
表1 试验用主要设备及其用途 1.2试验样品
本文以同一批次生产的4片同档位功率的多晶硅6英寸，72串片电池为测试样品。样品试验前电学性能参数信息如表2所示。
表2 试验前样品电学性能参数信息 1.3实验设计
我们选择三种主要导致晶硅电池组件LID（光致衰减）的影响因素包括室内辐照量、辐照均匀性、接线方式，建立如下L4（23）正交试验，寻找导致晶硅电池组件光致衰减最大的影响因素：
表3 试验设计 L4（23）正交试验结束后，样品的电学性能参数测量值见表4。样品实验前后的功率比对及平行试验的衰减率比对趋势见图1。
表4 试验后样品电学性能参数信息
图1 样品实验前后功率及衰减率对比图正交试验结果比对如表5所示，对试验样品进行正交分析，结果见表6。
表5 正交试验结果比对
表6 正交分析
水平K1对应因素b，c试验后功率衰减之和为2.23%；
水平K2对应因素b，c试验后功率衰减之和为4.07%；
因素b中不同水平的最大者减去最小者所得差为2.74%；
因素c中不同水平的最大者减去最小者所得差为0.90%。
结果说明影响多晶硅电池组件LID的主要因素为开路连接方式。
综合比对，可得出3种因素对多晶硅电池组件LID影响的大小顺序为接线方式>辐照量>辐照均匀度，接线方式中开路连接对多晶硅电池组件LID的影响大于短路连接方式。为研究多晶组件LID衰减的长期规律性及LID衰减是否具备一定的可逆性，我们在相同累计辐照量条件下进行了组件开路、短路不同连接方式下功率衰减的比对试验，结果见表7。
表7 室外组件LID长期跟踪比对 相同辐照累积量下，组件开路连接比短路连接方式光致衰减值高0.79%，线性规律性较差，表明硼氧等杂质复合后存在再分离的情况，但最终趋向稳定。开路电压、短路电流值降低，串联电阻值增加均会促使峰值功率衰减加剧，且其存在较好的对应关系，数据见表8。
表8 ΔPm与ΔVoc、ΔIsc、ΔRs对应关系 我们对功率衰减进行线性拟合后可知：开路连接时k=-4.01，短路连接时k=-3.50，由此表明开路连接方式下组件功率衰减大于短路连接方式，且衰减速度更快，见拟合图2。此次试验数据结果表明多晶硅样品组件已超过一般一年质保2.5%的衰减值。
图2 多晶组件开路及短路长期LID线性规律比对
机理分析：
光伏电池组件接受光照后，内部电路运行可等效为由电源、并联电阻、串联电阻及二极管组成的回路电路，产生电流并对RL负载进行供电，示意图如图3。
图3 光伏组件工作原理图 短路时，RL=0Ω；开路时，RL=∞Ω；负载时，0
其中低成本太阳能级硅料由于纯度降低，硅材料中将会带入O、Fe元素。多晶硅电池组件光致衰减机理初步分析认为是由BOi缺陷对和FeiBs对分解-复合模型机制共同作用所致，但FeiBs对分解-复合模型为主要原因，早期光致衰减比率可达到6%[5]。另有文章[3]也有类似的数据报道，稍差的多晶硅片衰减率为3.6%，好料的则仅为0.2%的衰减率。不同来料多晶硅电池组件的试验数据表明，预处理时开路连接对优质硅片组件的功率影响不明显，反之则加速，数据如表9：
表9 不同来料多晶硅电池组件LID比对 多晶硅电池组件在并网固定负载下，进行室外暴晒试验，验证其发电状态下的衰减趋势，收集数据如图6所示，阶段性结果为1.96%，长期持续跟踪。
图6 多晶156-60组件室外暴晒衰减曲线 图2曲线结果表明，多晶电池组件样品早期光衰值要比一般厂家承诺的衰减值稍高一些。如果来料的品质低，且在开路状态下进行早期的光致衰减后就会快速进行杂质复合反应。而图6曲线又表明，如果在负载下，即类似室外电站并网负荷运行的情况，部分多晶硅组件的功率衰减相对缓慢，早期光致衰减能保证理想的质量水平。
总结
在开路连接方式下，光致衰减LID与电致衰减CID两种模式共同促使多晶电池组件电池内部的硼氧等杂质进行复合反应，从而导致组件早期的开路电压，短路电流及功率的衰减，并相对其它方式早期衰减进程更快；
纯度较高的多晶硅片电池组件受不同连接方式的影响较小，反之低成本硅片电池组件短路与开路不同连接方式时表现差异较大，且开路连接方式对功率衰减影响较大。
对于负载状态，或并网发电等特殊负载下，影响将会介于开路短路两种连接方式之间，其形成偏置的工作电压小于开路电压，且反向漏电流较小，所以衰减进程会相对缓慢。
综上建议，在厂家内部进行质量控制评估时，尤其是变更电池材料时，可以依照IEC61215 ed3组件预处理的标准要求，选择在开路连接方式进行组件室外暴晒，并将辐照量定于20 kw·h/m2，这将加速其光致衰减的速度，并对前期新产品开发及质量评估有一定的帮助，同时有益于对批量产品来料稳定性的控制。
由于现阶段多晶硅电池组件在电站应用时，存在早期衰减超过质保承诺值的可能性。在电站上，做有效防止组件形成开路的措施，对减缓早期多晶硅组件光致衰减有较好的效果。
参考文献：
[1] J.Schmidt ,A.G. Aberle , and R. Hezel ,Proceedings of the 26th IEEE Photovoltaic Specialists Conference , Anaheim ,CA (IEEE ,New York ,1997 )，P.13；
[2] J. Schmidt,et al.,Phys.Rev.B 69,024107(2004)；
[3] P型掺硼单晶硅太阳电池和组件早期光致衰减问题的研究 第十届中国太阳能光伏会议论文集；
[4] 光伏组件电致衰减和光致衰减对比测试 第12届中国光伏大会暨国际光伏展览会论文（光伏系统、系统部件及并网技术）；
[5] 低成本多晶硅太阳电池光致衰减的研究 闽江学院学报 第32卷 第2期 2011年3月；
作者：上海晶澳太阳能科技有限公司 徐德生 张宝华 柳国伟 张发 苏雄 刘继龙
前言：
有关P型晶硅电池组件LID光致衰减的研究，早在1997年时已有报道称其与硼氧复合有关[1]。两个间隙氧原子形成O2i二聚体，O2i扩散很快，与Bs形成Bs-O2i复合体[2]。晶硅电池组件功率衰减大小与硅片中的硼氧浓度有关，光生载流或电流注入会导致硅片中的硼氧形成复合体[3]。晶体硅的光致衰减特性目前已有大量研究成果，但晶硅组件早期光致衰减特性的研究尚有很大的空间。目前随着光伏市场竞争的加剧，在组件制造商与购买方的互动中，业界普遍指定并承诺质保组件25年线性衰减，规定组件早期的衰减指标为第一年多晶一般衰减2.5%，单晶一般衰减3.0%。鉴于以上背景，我们对多晶硅组件进行了不同接线方式下，其LID性能及其成因分析的研究。
根据IEC61215:edition 3 规定：试验组件前期预处理的条件是在开路状态下，辐照5kw·h/m2至20kw·h/m2；室外暴晒时连接额定负载后，共计辐照60kw·h/m2。以标准条款要求为背景，我们进行了开路、加负载、负载为零（短路）不同接线方式下，多晶硅电池组件前期LID的性能对比研究。
试验部分：
1.1试验设备
光伏组件试验样品的测试均在上海晶澳太阳能科技有限公司检测中心完成。试验用主要设备及其用途见表1：
表1 试验用主要设备及其用途 1.2试验样品
本文以同一批次生产的4片同档位功率的多晶硅6英寸，72串片电池为测试样品。样品试验前电学性能参数信息如表2所示。
表2 试验前样品电学性能参数信息 1.3实验设计
我们选择三种主要导致晶硅电池组件LID（光致衰减）的影响因素包括室内辐照量、辐照均匀性、接线方式，建立如下L4（23）正交试验，寻找导致晶硅电池组件光致衰减最大的影响因素：
表3 试验设计 L4（23）正交试验结束后，样品的电学性能参数测量值见表4。样品实验前后的功率比对及平行试验的衰减率比对趋势见图1。
表4 试验后样品电学性能参数信息
图1 样品实验前后功率及衰减率对比图正交试验结果比对如表5所示，对试验样品进行正交分析，结果见表6。
表5 正交试验结果比对
表6 正交分析
水平K1对应因素b，c试验后功率衰减之和为2.23%；
水平K2对应因素b，c试验后功率衰减之和为4.07%；
因素b中不同水平的最大者减去最小者所得差为2.74%；
因素c中不同水平的最大者减去最小者所得差为0.90%。
结果说明影响多晶硅电池组件LID的主要因素为开路连接方式。
综合比对，可得出3种因素对多晶硅电池组件LID影响的大小顺序为接线方式>辐照量>辐照均匀度，接线方式中开路连接对多晶硅电池组件LID的影响大于短路连接方式。为研究多晶组件LID衰减的长期规律性及LID衰减是否具备一定的可逆性，我们在相同累计辐照量条件下进行了组件开路、短路不同连接方式下功率衰减的比对试验，结果见表7。
表7 室外组件LID长期跟踪比对 相同辐照累积量下，组件开路连接比短路连接方式光致衰减值高0.79%，线性规律性较差，表明硼氧等杂质复合后存在再分离的情况，但最终趋向稳定。开路电压、短路电流值降低，串联电阻值增加均会促使峰值功率衰减加剧，且其存在较好的对应关系，数据见表8。
表8 ΔPm与ΔVoc、ΔIsc、ΔRs对应关系 我们对功率衰减进行线性拟合后可知：开路连接时k=-4.01，短路连接时k=-3.50，由此表明开路连接方式下组件功率衰减大于短路连接方式，且衰减速度更快，见拟合图2。此次试验数据结果表明多晶硅样品组件已超过一般一年质保2.5%的衰减值。
图2 多晶组件开路及短路长期LID线性规律比对
机理分析：
光伏电池组件接受光照后，内部电路运行可等效为由电源、并联电阻、串联电阻及二极管组成的回路电路，产生电流并对RL负载进行供电，示意图如图3。
图3 光伏组件工作原理图 短路时，RL=0Ω；开路时，RL=∞Ω；负载时，0
其中低成本太阳能级硅料由于纯度降低，硅材料中将会带入O、Fe元素。多晶硅电池组件光致衰减机理初步分析认为是由BOi缺陷对和FeiBs对分解-复合模型机制共同作用所致，但FeiBs对分解-复合模型为主要原因，早期光致衰减比率可达到6%[5]。另有文章[3]也有类似的数据报道，稍差的多晶硅片衰减率为3.6%，好料的则仅为0.2%的衰减率。不同来料多晶硅电池组件的试验数据表明，预处理时开路连接对优质硅片组件的功率影响不明显，反之则加速，数据如表9：
表9 不同来料多晶硅电池组件LID比对 多晶硅电池组件在并网固定负载下，进行室外暴晒试验，验证其发电状态下的衰减趋势，收集数据如图6所示，阶段性结果为1.96%，长期持续跟踪。
图6 多晶156-60组件室外暴晒衰减曲线 图2曲线结果表明，多晶电池组件样品早期光衰值要比一般厂家承诺的衰减值稍高一些。如果来料的品质低，且在开路状态下进行早期的光致衰减后就会快速进行杂质复合反应。而图6曲线又表明，如果在负载下，即类似室外电站并网负荷运行的情况，部分多晶硅组件的功率衰减相对缓慢，早期光致衰减能保证理想的质量水平。
总结
在开路连接方式下，光致衰减LID与电致衰减CID两种模式共同促使多晶电池组件电池内部的硼氧等杂质进行复合反应，从而导致组件早期的开路电压，短路电流及功率的衰减，并相对其它方式早期衰减进程更快；
纯度较高的多晶硅片电池组件受不同连接方式的影响较小，反之低成本硅片电池组件短路与开路不同连接方式时表现差异较大，且开路连接方式对功率衰减影响较大。
对于负载状态，或并网发电等特殊负载下，影响将会介于开路短路两种连接方式之间，其形成偏置的工作电压小于开路电压，且反向漏电流较小，所以衰减进程会相对缓慢。
综上建议，在厂家内部进行质量控制评估时，尤其是变更电池材料时，可以依照IEC61215 ed3组件预处理的标准要求，选择在开路连接方式进行组件室外暴晒，并将辐照量定于20 kw·h/m2，这将加速其光致衰减的速度，并对前期新产品开发及质量评估有一定的帮助，同时有益于对批量产品来料稳定性的控制。
由于现阶段多晶硅电池组件在电站应用时，存在早期衰减超过质保承诺值的可能性。在电站上，做有效防止组件形成开路的措施，对减缓早期多晶硅组件光致衰减有较好的效果。
参考文献：
[1] J.Schmidt ,A.G. Aberle , and R. Hezel ,Proceedings of the 26th IEEE Photovoltaic Specialists Conference , Anaheim ,CA (IEEE ,New York ,1997 )，P.13；
[2] J. Schmidt,et al.,Phys.Rev.B 69,024107(2004)；
[3] P型掺硼单晶硅太阳电池和组件早期光致衰减问题的研究 第十届中国太阳能光伏会议论文集；
[4] 光伏组件电致衰减和光致衰减对比测试 第12届中国光伏大会暨国际光伏展览会论文（光伏系统、系统部件及并网技术）；
[5] 低成本多晶硅太阳电池光致衰减的研究 闽江学院学报 第32卷 第2期 2011年3月；
作者：上海晶澳太阳能科技有限公司 徐德生 张宝华 柳国伟 张发 苏雄 刘继龙
索比光伏网 https://news.solarbe.com/201405/26/217462.html
