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PERC电池LeTID衰减:会比PID造成更严重的衰减危机么?
发表于:2018-11-21 13:42:11
来源:PV-Tech
 在参观展会或拜访业内厂家时,我们常常会发现,那么多有责任心的PERC生产技术人员竟从未听说过PERC组件可能会出现严重衰减,尤其是热辅助光致衰减(以下简称LeTID,又名电致衰减,简称CID),这令人感到惊讶。

图片来源:韩华 Q Cells

太阳能光伏正在迅速成为全球成本最低的电力来源。平准化度电成本已达到约2ct/kWh。EDF/马斯达尔在沙特阿拉伯招标的一处项目的价格首次低于2USct/kWh[1]。

未来几年, 这一数字会降至约1USct/kWh及以下,从而令每个人都能够负担用电。这也是高效率低成本新技术所取得的成就,例如像用在水平单轴跟踪系统这种简单跟踪系统中的PERC、PERT和双面组件。

然而, 如今许多太阳能电池和组件生产商都在过苦日子。

由于产能过剩,亚洲生产商有可能经历第二次大危机。首次产能过剩问题出现在2011年,第二次下行可归因于现有生产线向PERC的升级。

2017年, 太阳能电池和组件产能约为125GW, 其中35GW是PERC技术。预计至2018年年底, 总产能将达到160-170GW, 其中60-70GW 为PERC[2]。

然而, 预计2018年的下游光伏需求将低于100GWp [3]。这意味着许多电池生产线或会处于闲置状态, 多个GW的组件也将堆放在仓库中。

正如前文所述, 需要研发创新型产品以进一步降低平准化度电成本。然而, 向PERC转型的进展是如此迅速,以至于许多PERC生产商都未能把重心放在产品质量上。

PERC是一项成熟的技术, 工艺相对简单, 因而持有成本也较低。2018年三月,隆基公司推出的无栅线金属接触设计PERC技术取得了23.6%的效率,创下纪录。这一纪录于2018年5月被晶科能源以23.95%的效率超越。

效率创下纪录固然可喜,但起决定作用的是批量生产转换效率以及工艺的长期稳定性。“硅基组件超级联盟”大型成员 (如韩华Q cells、晶澳太阳能、隆基、天合光能、晶科能源和阿特斯) 的平均转换效率均达到了21.5%-22%。与Al-BSF标准技术相比, 这是非常出色的记录。Al-BSF标准技术已占据市场数十年,而最佳平均效率几乎未超过20%。

在谈及衰减时, 我们不确定是否所有PERC生产商都了解设备可能会遭遇额外衰减效应的挑战。本篇博文介绍的就是这一方面的相关内容:

了解PERC太阳电池的主导衰减机制

在参观展会或拜访业内厂家时,我们常常会发现,那么多有责任心的PERC生产科学工作者竟从未听说过PERC设备可能会出现严重衰减,尤其是热辅助光致衰减(以下简称LeTID,又名电致衰减,简称CID),这令人感到惊讶。

在“2018年第四届PERC太阳能电池和双面组件论坛” [4]大会上, LeTID也没有成为一个真正的议题。

在谈及LeTID时,通常听到的回复是这样的。

—“LeTID?没有,我们不存在LID问题,我们一直在稳定产品性能。”

更加了解情况的人会这样回答,“LeTID影响的仅仅是mc-Si PERC,但我们生产的是Cz-Si PERC。”

这些说法都是错的。即使人们是在mc-Si PERC电池上首次观察到LeTID现象,这也是会发生在Cz-Si PERC组件上的有害现象,会造成严重衰减。在LeTID加速衰减之后数周,有时功率衰减仍会超过10%。

因此, PI Berlin测试了许多市面上的PERC组件并进行了持续的测试。在经历了为期六周的加速衰减辐照后,大多数不同被测组件的 (截止目前约有10个) 功率衰减达到5%或更高—而衰减曲线似乎并未饱和。

此外, 在运行2-3年后,虽然许多PERC光伏系统仍然“还在那里”,但是组件衰减了近20%,这简直是一个悲剧。


PI Berlin对一种商用单晶PERC组件进行了为期六周的测试,用于评估组件参数对LeTID的影响。

图 1 为PI Berlin测出的典型衰减曲线。2018年6月[7],慕尼黑国际太阳能展举办的“组件测试”会议介绍了这一曲线。该会议是由PHOTON组织的LeTID和双面专题研讨会。

在75°C 、0.5A注入电流情况下,六周后这一市售Cz-Si PERC组件的功率相对衰减了5%,并且似乎仍在继续衰减。数个团体声称, nPERT组件也可能存在这类问题[8]。

我们目前正在进行BiSoN (nPERT) 、MoSoN (nPERT背结式)和ZEBRA (IBC)电池加速LeTID衰减试验,目前为止没有经历过如此严重的衰减问题。

PERC太阳能电池和组件中可能存在的衰减机制

PERC组件发生了什么?虽然人们认为已经了解了硼氧化合物的形成机制,甚至能控制这种效应,那么为什么PERC太阳能电池仍然会出现衰减?更加先进的设备的衰减机制变得更为复杂, 而简单Al-BSF(背场)电池的衰减机制也是如此。

这种现象不仅限于不同水平下的效率。在更复杂的设备结构中,衰减的可能性更大、更为明显。就PERC而言,背面电介质一方面提高了效率, 但如果无法满足最高启动效率和设备长期稳定性需求,也会带来麻烦。

表2为典型的PERC设备截面,总结了目前已知的三种最严重的衰减机制。


PERC在LeTID中经历的三种重要衰减机制为1) LID, 2) HID 及3) 背部电介质去钝处理。图片来源:PI Berlin

光致衰减(LID):光致衰减广为人知、也是人们了解最多的衰减形式。这种衰减基于硼氧化合物形成的基础之上。可以通过表一列举的几种措施部分消除这种现象。

氢致衰减(以下简称HID):氢致衰减是LeTID测试的原因,首见于mc-Si PERC设备。[5]为相关报道。单晶PERC设备中也发现了这种现象[6]。已知的是这种衰减是由于设备中氢含量太高造成的,已故教授Stuart Wenham [10]提出的木桶理论比喻完美的总结了这一现象。

这是因为在大多数情况下, 背面钝化是由相当厚的 (相对于正面钝化) 富氢电介质实现的。释放的氢进入硅块, 形成弱氢键,钝化了缺陷部位。这些氢键很容易由于温度和光照受到破坏, 以更快的速度释放弱键氢, 从而导致衰减。

随着时间的推移, 恢复进程被激活,然后达到饱和状态。释放的氢又会形成氢键,稳定的氢键会钝化缺陷部位。在LeTiD测试工况下,稳定的氢键不受影响。表一总结了能够将HID效应降至最低的措施。

裸硅片钝化衰减: 很难找出造成衰减的真正主导原因。最近康斯坦茨大学的A. Herguth和他的团队发现, PERC太阳能电池的衰减部分是由于背面电介质去钝效应造成的[11]。IBC太阳能电池正面也发现了这种衰减效应。

就IBC电池而言,至少需要一个浅FSF(正面场; 例如n型Cz-Si电池磷扩散涂层)才能不产生这种效应。

下图3a和3b为不同部位的测试示例, 顶部是mc-Si PERC组件,底部是Cz-Si组件,如图所示,出现了严重衰减。


3a和3b为不同部位的测试示例, 顶部是mc-Si PERC组件,底部是Cz-Si组件,如图所示,出现了严重衰减。图片来源:eternal sun

在LeTID测试期间, 所有三种 (或两种) 描述的效应都可能会被激活, 必须对所有有问题的组件进行更详细的检查, 以便找到设备中最关键的衰减机制。确定之后就可以测试降低衰减的解决方案。


Eternal sun的LeTID试验 (左) [12] 和Frauhofer CSP 的 mc-和 Cz-PERC组件LeTID试验 (右) [13]。在Fraunhofer CSP试验中,所有组件就LID而言都实现了稳定。右图所示的Pmpp下降未包含由于硼氧化合物形成而导致的衰减。图片来源:eternal sun

PERC太阳能电池和组件衰减机制的可行解决方案

如前所述, PERC 太阳能电池和组件的衰减非常复杂, 不能轻易用一种衰减机制来理解。PERC组件似乎在高温下受到的影响更大。在质量测试程序中,TÜV也确定了这种测试。表I (见下文) 总结了最严重的衰减影响以及为了通过TÜV测试而降低衰减影响的可行解决方案。


PERC衰减和可行解决方案小结。图片来源:Fraunhofer CSP

当然还有必须加以控制的电势诱发衰减(以下简称PID), 但这种衰减与所有组件都相关。此时钠和其他杂质从玻璃向太阳能电池表面迁移,造成分流或去钝[14]。

在电池、组件和系统层面,这种衰减可以降至最低。通过为组件选择高质量的封装剂,例如合适的EVA或切换至聚烯烃薄膜(多见于双玻组件)也可以处理这个问题。

希望我们唤起了对mc-Si以及Cz-Si PERC太阳能电池新衰减机制的充分意识。

通过本篇博文, 我们希望鼓励PERC太阳能电池和组件生产商更好地改造设备、降低衰减, 并同时警示小型屋顶安装商以及大型公用事业EPC公司选择正确的光伏系统(对所选组件进行正确测试)。

为了避免因光伏系统性能不佳而引发的大量索赔,主要参与方,即电池和组件制造商以及系统安装商对于这一问题的意识非常重要, 同时这也会避免对整个光伏行业可信度造成潜在严重负面影响。

祝人人好运, 做出明智的选择, 继续减少二氧化碳排放以拯救我们伟大的蓝色星球。装机总量很快就会达到1TWp,我们希望只会出现极少数的衰减问题。

索比光伏网(solarbe.com)责任编辑:肖舟

关键词: PERC电池 LeTID衰减 PID
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