多晶體硅太陽電池的PID效應研究

多晶體硅太陽電池的PID 效應研究

肖慧萍1，2周浪1曹家慶3杜嘉斌4

萬躍鵬4李世嵐4章金兵4

(1.南昌大學材料科學與工程學院，江西 南昌330031；

2.南昌航空大學材料科學與工程學院，江西 南昌 330063；

3.南昌航空大學信息工程學院，江西 南昌330063；

4.江西賽維LDK太陽能高科技有限公司，江西 新余 338000)

摘要：隨著多晶硅太陽電池的廣泛應用，電池組件的電勢誘導衰減(PID)現象越來越引起大家的重視。本文介紹了多晶硅太陽PID現象產生的原因以及目前的解決途徑。

關鍵詞：電勢誘導衰減多晶硅太陽電池

光伏發電站建設中，光伏組件通常需要通過串聯來實現600V-1200V左右的系統電壓；為了防止人員觸電以及組件邊框電化學腐蝕，通常要求將組件邊框接地。這樣便在光伏組件中電池與玻璃和邊框之間形成了較大電勢差，而處于系統中不同位置的組件有不同的電勢，最大的電勢等同于系統電壓。在環境因素的作用下，這些電池組件在高電勢差的影響下，發電量會明顯衰減，這便是電勢誘導衰減現象(Potential Induced Degradation，PID)。組件長期在高電壓作用下使得玻璃、封裝材料之間存在漏電流，大量電荷聚聚在電池片表面，使得電池表面的鈍化效果惡化，導致FF、Jsc、Voc降低，使組件性能低于設計標準。PID最早是Sunpower公司在2005年發現的。PID造成了光伏電站的發電量極大降低，降低幅度可達30%以上[1-2]。隨著光伏產業的快速發展，越來越多的光伏電站建設在嚴酷的環境中，如高溫高濕、多雨、鹽堿地、水塘或湖面、沿海灘涂等地，這些嚴酷的環境因素加速了PID現象的發生，組件性能衰減非?？?。PID現象嚴重地影響了電站的正常運營，影響到了組件的壽命和電站的正常收益，阻礙了光伏產業的發展。因此，研究并生產出良好的抗PID的電池和組件有著十分迫切和現實的意義。

通常認為PID產生的過程是：水氣通過封邊的硅膠或背板進入組件內部。水氣進入組件，水導致封裝材料乙烯-醋酸乙烯共聚物(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[3]。

PID效應的影響因素都有很多，環境溫度、濕度、組件、方陣的系統電壓的高低、接地方式都是影響PID效應的關鍵因素，因此可以從改變系統的接地方式、改變組件的封裝工藝上來阻止PID效應的發生。

目前，為節約成本，企業通常利用制備高折射率減反射膜的方法來從電池層面上獲得抗PID效果。研究發現，硅含量高的減反射膜比硅含量低的減反射膜更能抵抗PID。當減反射膜的折射率大于2.13后，PID現象大大減少。

在封裝材料方面，可采用石英玻璃替代普通玻璃避免鈉離子析出；或使用化學結構中不含可水解基團的熱塑性彈性體來代替EVA；或者使用低醋酸乙烯含量的EVA可以減緩PID現象的產生[4]。

引起 PID 衰減的變化應該是可逆的。光伏組件在早晨露氣較多或者下雨時被發現有漏電現象，而當太陽出來后，此漏電現象隨即減弱。在實驗室中，當將已經發生PID衰減的組件在100℃下烘烤 100小時后，PID衰減基本消失[5]。

發現PID現象對降低光伏組件在現實環境中的使用有積極作用。PID現象是可控可逆的，如何提高組件的抗PID效果、保證組件的使用壽命會是未來數年內光伏企業需要面臨并積極解決的一個重要的研究領域。

參考文獻

[1]H.Nagel，A.Metz and K.Wangemann..Crystalline Si soalr cells and modules featuring excellent stability against potential-induced degradation[C].26th European photovoltaic solar energy conference and exhibition.

[2]Simon Koch，Daniel Nieschalk.Potential induced degradation effects on crystalline silicon cells with various antireflective coatings[C].Proceedings of the 27th european photovoltaic congress and exhibition，24th-28thof September 2012，Frankfurt a.M.，Germany.

[3]葛華云.基于光伏組件的電位誘發功率衰減的研究[D].吉林大學，2013年.

[4]周曉蕾.針對PID的電池片防反射膜工藝改進研究[D].上海交通大學，2013年.

[5]曾雪華，張志根，蔣建平.PID效應及影響因素[J].太陽能，2013，03，25-30.

STUDYON THE PHENOMENON OF POTENTIAL INDUCED

DEGRADATION OF POLYCRYSTALLINE

SILICON SOLAR CELLS

XIAO Hui-ping1，2ZHOU Lang1CAO Jia-qing3DU Jia-bin4

WAN Yue-peng4LI Shi-lan4ZHANG Jin-bing4

(1.DepartmentofMaterialsandEngineering，NanchangUniversity，JiangxiNanchang330031China；

2.DepartmentofMaterialsandEngineering，NanchangHangkongUniversity，JiangxiNanchang330063China；

3.DepartmentofInformationEngineering，NanchangHangkongUniversity，JiangxiNanchang330069China；

4.JiangxiLDKHiTechCo.Ltd.，JiangxiXinyu338000China)

Abstract：With a wide range of application of polycrystalline silicon solar cells，the phenomenon of potential induced degradation(PID)has attracted more and more attention.The reasons for the phenomenon of PID and possible solutions to anti-PID are described in this paper.

Key Words：potential induced degradationpolycrystalline silicon photovoltaic cells