【干货】电池快速检测技术让水面光伏远离电势诱导衰减(PID)

前言

电势诱导衰减(PID)现象最早是Sunpower 发现的，是指组件长期在高电压下使得玻璃，封装材料之间存在漏电流，大量电荷聚集在电池表面。使得电池表面的钝化效果恶化，导致FF, Isc, Voc降低，使得组件的性能低于设计标准。2010年，NREL和Solon证实了无论组件采取何种技术的P型晶硅电池，组件在负偏压下都有PID的风险。

基于组件会产生PID现象，如何检测组件是否存在PID现象以及严重程度如何，TUV,UL等国际可靠性测试实验室，推出了多种组件PID测试方法，如图(1)，来检验组件抗PID性能高低。随着行业对组件PID要求越来越高，相应的测试条件越来越严格。

PID产生机理

在系统中，不是每块组件都有可能产生PID现象，与组件所处的环境与承受的条件息息相关。组件出现产生PID，最直接的结果导致组件漏电，功率衰降，影响整个系统的发电量。

单片组件在组件串中的不同位置，组件产生PID现象以及严重程度是不一样的，如图(2)所示，当组件处于很高的负电势下，产生PID现象的概率就很大，功率衰减就比较多;

其次，周围气候，环境温度和湿度也是加重组件产生PID的重要因素。比如三峡地区，气候属于亚热带季风气候，夏季炎热多雨，冬季温和少雨且阴冷，气候潮湿多变，多阴雨雾日;比如淮河流域地区，处于温带季风气候与亚热带季风气候交界区域，夏季高温多雨;再比如中国南方气候，属于湿润区、亚热带和温带季风气候，特点是雨热同期，夏季高温多雨;上述高温多雨的气候下，对组件抗PID的性能要求高;尤其是水面或湖面光伏电站(图3)，它们长期处于湿度较高的环境中，这种高湿环境会加速加重组件的PID，最终影响整个系统的发电水平以及投资回报。例如，安徽两淮领跑者计划的组件，大都水面安装，要承受夏季高温多雨，因而组件抗PID性能要求更加严苛。

同样每天不同时间段，组件产生PID的概率也不同，如图(4)，清晨时组件相对的漏电就大，这是因为清晨露水较多，组件周围湿度相对很高，对组件产生PID是一种加速作用。中午12点左右，这段时间温度较高，漏电也相对较大，所以温度也是影响PID的一个重要因素。

电池层面上讲，一般认为硅钠玻璃中的钠离子在电势的驱动下，向氮化硅以及氮化硅与硅的界面区域迁移，氮化硅以及氮化硅与硅的界面区域会累积大量的钠离子，会导致组件漏电。如图(5，6，)，ToF-SIMS和俄歇电子能谱对PID严重组件中的电池片分析，发现在硅表面有钠离子的累积。

抗PID解决方案及存在问题

目前电池组件工厂普遍采用表面氧化，调整SiNx镀膜工艺和优化EVA材料特性等综合手段来实现抗PID性能。其中无锡博阳采用UV和臭氧结合技术对硅片表面进行氧化，从而达到电池抗PID性能，降低对SiNx镀膜的依赖，避免电池效率损失，目前该设备已被国内外电池制造厂商广泛采用。EVA电阻率的提高更是在组件端对抗PID性能提供了一个双重保险，使得目前制造厂商以及客户均默认抗PID为组件的一个基本性能，全部产品均能满足要求。然而EVA来料的批次稳定性等因素的存在，如果无法提高电池抗PID的一致性，现有组件产品仍然无法保证100%抗PID，这给系统端应用带来很高风险，特别是在高温高湿的安装环境，例如水面。目前大多厂家都没有定期对组件进行PID抽检，仅在产品定型时或出货前进行第三方抽样测试，这样并无法保证产品抗PID性能的一致性。如对组件进行定期定量PID抽检，不仅周期长，也给厂家带来很高的运营成本。因而很有必要开发一种快速电池片PID测试技术和设备。

电池层面PID测试

对于PID可靠性测试，一般都是针对于组件进行的;组件PID测试的标准很多。不同PID测试标准，持续的测试时间也不同，几十小时的，甚至高达上百小时的，再加上组件预处理的时间，对于产品抗PID的反馈时间就很长。并且假如，某一次测试发现组件PID出现问题，在组件PID测试的这段时间中，大量生产的组件很大一部分满足不了PID的要求，以及后续可能产生的投诉，这些都是巨大的浪费和损失。

无锡博阳能源科技有限公司开发出了一款电池PID测试设备BE-PST800，提供一种创新的快速PID测试方法，不需要将电池封装成组件进行测试，可直接用电池片进行快速测试;这种测试方法，不仅能与组件PID测试之间有很好的对应关系(图7)，并且具备快速，便捷，反馈时间短，投入少，成本低等优点。

通过不同测试参数的设置与调整，电池层面PID可以和组件电性能衰减趋势保持高度一致，从而对电池和EVA进行抗PID性能进行快速评估。

如图(8)，使用此种方法测试，可以很好的区分出不同的折射率(一般来说折射率越高，抗PID性能越好)的电池抗PID性能好坏。

对采用UV，O3等氧化技术，氧化的效果以及抗PID性能如何，同样可以通过这种方法很好的区别出(图9);同样也能评估出工艺，EVA的优劣。

总结

随着行业的对质量的要求越来越高，特别是组件抗PID性能;但目前评估组件抗PID性能，只能通过对组件进行PID测试，这种测试方法，周期长，反馈慢，并且带来很大的浪费。无锡博阳能源科技有限公司开发的BE-PST800 PID测试设备，提供了一种测试周期短，反馈时间快，投资少，浪费少，成本低。同时也在工艺开发/失效分析，材料评估(EVA)，质量控制(来料检验，出货检验)等方面提供了一种新的直接评估方法。可联系terry.lu@beyonergy.com或sales@beyonergy.com进一步了解该技术和设备的详细信息。

      来源： 光伏变迁见证者