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