浅谈晶体硅太阳电池组件PID效应

TECHNOLOGY WIND[摘 要 ] 随着 晶 体 硅 太阳 电 池 组 件的 不断 应 用， 太阳 能 这种 取 之 不 尽 的 可 再 生能 源 逐 渐 被 人 们 所 认 知 ， 组 件本 身 存 在 的 各 种 质 量问题 也 逐 渐显 现 出 来，本文 将 介绍 晶 体 硅 太阳 电 池 组 件 出 现 的 一 种 叫做 ＰＩＤ 效 应 的 质 量问题 。[关键词 ] ＰＩＤ 效 应 ； 晶 体 硅 太阳 电 池 组 件； 功 率 衰 减浅谈晶体硅太阳电池组件 ＰＩＤ 效应曹培亮（ 英利绿色能源控股有限公司，河北保定 ０７１０００ ）随着新能源的不断应用，晶体硅太阳电池组件做为太阳能这种新能源的载体，慢慢被人们所熟知 。 从大型光伏电站到公路路灯上的小电池板，这种充满希望的新能源逐渐走到了人们身边 。 那么在晶体硅太阳电池组件在使用过程中有什么弊端吗本文将对晶体硅太阳电池组件的一种 PID 效应做出论述 。PID 是英文 potentialInducedDegradation 的缩写，指的是组件电势诱导衰减 。 那么 PID 效应产生的原因是什么呢组件在户外多组串联获得高电压，长期在高电压作用下使得玻璃，封装材料之间存在漏电流，大量电荷聚集在电池片表面，使电池表面的钝化效果恶化，导致FF、 Jsc 、 Voc 降低，功率衰减 。 漏电流又是如何产生的呢边框带正电，玻璃上表面电子流向边框，导致玻璃表面带正电，且电池为负电，形成电场，方向指向电池 。 水汽造成 EVA 水解，电子沿玻璃下表面流向边框， （ 其中电子来自 EVA） 导致玻璃下表面带正电，玻璃下表面的阳离子 （ 钠离子和金属离子 ） 在电场力的作用下，聚集在电池表面（ 被吸附 ） ，甚至进入到电池发射极， PN 节被破坏，导致串联电阻增大，并联电阻减小，电池 EL 图像变暗变黑 。 这种情况会造成组件最大功率减小，直接影响组件的发电效率，减低发电量，造成经济损失 。PID 现象大多数最容易在潮湿的条件下发生，且其活跃程度与潮湿程度相关；同时组件表面被导电性 、 酸性 、 碱性以及带有离子的物体的污染程度，也与上述衰减现象发生有关 。 在实际的应用场合，晶体硅光伏组件的 PID 现象已经被观察到，基于其电池结构和其他构成组件的材料以及设计形式的不同， PID 现象可能是在其电路与金属接地边框成正向电压偏置的条件下发生，也可能是成反向偏置的条件下发生 。 相关文献阐述了电池经过封装材料 （ 通常是 EVA 和玻璃的上表面 ） 和组件边框所形成的路径所导致的漏电流被认为是引起 PID 现象的主要原因 。另据有关文献介绍，在实际的应用条件下，上午太阳初升后的一段时间内，往往是 PID 效应相对强烈的时段，原因是晶体硅光伏组件在经历了一个不发电的夜晚以后，其表面会有凝露现象发生 （ 特别是夏 、 秋季节的露水 ） ，会造成光伏系统在早晨太阳初升后的一段时间内，在其表面较为潮湿的情况下，承受前面提及的系统偏置电压 。总体来说， PID 效应的影响因素都有很多，环境温度 、 湿度 、 组件方阵的系统电压的高低 、 接地方式都是影响 PID 效应的关键因素 。 因此可以从改变系统的接地方式 、 改变组件的封装工艺上来阻止 PID 效应的发生 。 相信随着工艺技术不断发展，这种对组件使用过程有危害的PID 效应问题，逐渐会被解决 。有些研究发现 PID 效应与电池片的表面减反射层有关，有报道表明薄的减反层更有利于抗 PID 现象 。 含 Si 多的减反层比含 N 多的减反层更可以抵抗 PID 现象 。 当减反层的折射率大于 2.2后， PID 现象不再被观察到 。 有电池工厂在做针对电池和 PID 的关系的测试中也发现了类似的现象，结论是当折射率大于 2.13 后，几乎所有的 EVA 都能通过PID 测试，当折射率小于 2.08 后，通过 PID 测试的 EVA 寥寥无几 。PID 现象有时候是可逆的， NREL 在研究 PID 现象是发现一个有趣的现象，就是光伏组件在早晨露气较多或者下雨时被发现有漏电现象 。 而当太阳出来后，此漏电现象随即减弱 。 而与此类似的，在实验室中，当将已经发生 PID 衰减的组件在 100℃ 下烘烤 100 小时后， PID衰减基本消失 。 在某组件厂的测试中，发现 PID 测试后的组件在搁置几天后，重新测试其电阻率，电阻率基本都能恢复到 PID 测试前的60 以上 。 我们由此可以得出一个结论，引起 PID 衰减的变化应该是一个可逆的变化 。在 PID 效应形成过程中，封装材料比如 EVA 起到很关键的作用，水气通过封边的硅胶或背板进入组件内部 。 EVA 的酯键在遇到水后按下面的过程发生分解，产生可以自由移动的醋酸 。 可以自由移动的醋酸（ CH 3COOH） 和玻璃表面析出的碱反应后，产生了可以自由移动的Na 。 Na 在外加电场的作用下向电池片表面移动并富集到减反层而导致 PID 现象的产生 。 当加热组件一段时间后，水气离开组件 。 由于 E-VA 上酯键的水解是一个可逆过程，失去水分后，可以自由移动的羧酸根 （ CH 3COO -） 与 EVA 上的乙烯醇 （ - CH2 - CHOH -） 反应而重新成为酯键并连接到 EVA 主链上而无法移动 。 相应的 Na 也因失去羧酸根无法移动 。 此时在组件中，由于没有了可以导电的小分子，而导致 PID 衰减部分恢复甚至全部恢复 。以上的假设，可以总结成四步过程1） 水气进入组件 。2） 水导致 EVA 水解产生醋酸 。3） 醋酸与玻璃表面析出的碱反应产生可以自由移动的钠离子 。4） 钠离子在电场的作用下移动到电池表面 。只要能阻断四步过程中的任何一个过程都应能有效的消除 PID 现象，工艺的改进都要从这四步中下手 。采用石英玻璃替代普通玻璃避免了钠离子的析出 。 而热塑性弹性体的结构中没有可以水解的基团，从而也没有如 EVA 水解产生的醋酸 。而致密的减反层有效防止了钠对电池的破坏 。 我们也发现使用低醋酸乙烯含量的 EVA 可以减缓 PID 现象的产生 。 由于醋酸乙烯含量低，相应的低醋酸乙烯含量的 EVA 可水解的酯基的含量也低，从而其水解速度也低于高醋酸乙烯含量的 EVA。PID 现象作为光伏技术发展过程中正常出现的一个技术问题，完全可以通过技术手段解决，而不会成为阻碍光伏事业发展的障碍 。 而通过解决 PID 问题，使光伏组件更为可靠，使光伏产业更能长久的发展 。科技前沿15