10000909_未封装的太阳电池片紫外老化衰减率研究

未封装的太阳电池片紫外老化衰减率研究 吕首首，陈鹏，吴兆* 无锡市产品质量监督检验院，国家太阳能光伏产品质量监督检验中心 通讯作者：吴兆，博士，国家太阳能光伏产品质量监督检验中心检研工程师，研究方向为薄膜太阳电池、薄膜材料、光伏组件衰减机理、 有限元分析等；通讯邮箱：wz_cpvt@163.com。 一、研究背景 紫外辐照是影响光伏组件户外稳定运行的一大因素，目前已知紫外对光伏组件的封装材料及背板 [1~3]等 有较为显著的影响。然而紫外辐照作为一类可以直接作用于太阳电池片的环境条件，其对于太阳电池片的影响 还不十分明确 [4,5]。IEC 标准中关于紫外预处理的部分对与紫外辐照的影响考虑的也不充分，我们无法通过质量 测试结果得知关于组件寿命的任何信息。 本文中我们研究了紫外辐照对未封装的太阳电池片的影响，分析了 5 种常见电池片在紫外辐照下的效 率衰减特征，为太阳电池片及光伏组件的紫外寿命研究提供了依据。 二、研究内容 试验所用电池片类别为 5 栅 p 型多晶片、5 栅 p 型多晶 PERC 片、5 栅 p 型单晶片、5 栅 n 型单晶片以 及 5 栅 p 型 PERC 片，各类电池片试验数量均为 10 片。在紫外老化试验前统一进行 5 kWh/m2 的光致衰减(LID)处 理，然后按照 IEC61215:2016 中紫外预处理的方案对电池片进行紫外处理，累计紫外辐照量每达 15 kWh/m2 记 为一次，取出电池片进行 IV 测试，并分别记录为 UV1、UV2、UV3 、UV4，随后立即进行后续辐照试验，总 计辐照量最终达到 60 kWh/m2。 IV 测试所用设备为 Halm Cetis PV-cell test 2 瞬态光谱模拟器；量子效率测试采用 Enlitech QE-R3018 量 子效率测试设备；紫外老化处理所用设备为 All Real UV 3422 紫外光模拟器；LID 处理所用设备为 All Real LS2622 全光谱模拟器。 三、结果与讨论 LID 处理与 UV 处理后，各类电池片的效率测试结果如图 1 所示。从图 1 中可以看出，各类电池片除 了单晶 n 型片以外，经历 LID 处理后效率均有一定程度的衰减，符合 LID 的 B-O 衰减机理 [6]；在随后的 UV1 处理后，单晶片效率均具有一定程度的回升，多晶电池片则无恢复现象。图 2 所示为常规单晶片和 n 型单晶片 LID 处理前后的外量子效率（EQE）图谱对比，图中可以看到常规单晶电池片经历 LID 处理后，在 500 nm～1000 nm 波段 EQE 均有所衰减，单晶 PERC 电池片在此波段衰减均大于常规单晶电池片（图未放出）,这 是由于 B-O 对导致的少子寿命的降低对于 PERC 结构的影响更加强烈 [7]；而 n 型单晶电池片在 500 nm～600 nm 之间 EQE 有所提高，其他部分基本维持不变。 各类电池片中典型电池片的 IV 测试结果如图 3 所示，从图中可以看出随紫外处理时间的延长，各类电 池片的填充因子均出现不同程度的下降，多晶 PERC 片的短路电流也出现了明显的下降，其余各类电池片的短 路电流和开路电压变化不大。这说明紫外辐照对于多晶 PERC 电池片的背钝化效果有较为明显的影响，从而影 响了其载流子的收集。从图中放大部分可以看出，多晶电池片经受紫外辐照后在最大功率点附近电压与电流均 有所下降，反映出紫外辐照对电池片内串联电阻和并联电阻均有所影响；单晶片在最大功率点附近电流受影响 较小，电压下降较多，说明紫外辐照对单晶片的并联电阻影响较大。 图 1. LID 与 UV 处理后各类电池片的 IV 测试结果 图 2. 常规单晶片（左）与 n 型单晶片（右）的 LID 处理前后 EQE 对比 图 3. 不同类型电池片紫外处理前后 IV 测试结果，(a)常规多晶片，(b)多晶 PERC 片，(c)常规单晶片，(d)单晶 PERC 片，(e)n 型单晶片 四、结论 本文中对五种类型的常见电池片进行了 60 kWh/m2 的紫外辐照处理，我们发现经受紫外辐照后多晶电 池片的衰减率普遍高于单晶电池片，多晶 PERC 片的衰减率最高，其表现为填充因子和短路电流的下降。多晶 电池片的串联电阻和并联电阻均受到紫外辐照的影响，而单晶电池片串联电阻受影响较小。 参考文献： [1] Fei Liu, Long Jiang , Shuying Yang. Ultra-violet degradation behavior of polymeric backsheets for photovoltaic modules[J]. Solar Energy, 2014, 108: 88-100. [2] Keith R. McIntosh, Nick E. Powell, Ann W. Norris, James N. Cotsell, Barry M. Ketola. The effect of damp-heat and UV aging tests on the optical properties of silicone and EVA encapsulants [J]. Progress in Photovoltaics: Research and Application, 2011, 19: 294–300. [3] Vincent Guiheneuf, Fabien Delaleux, Sylvain Pouliquen, Olivier Riou, Pierre-Olivier Logerais, Jean-Félix Durastanti. Effects of the irradiance intensity during UV accelerated aging test on unencapsulated silicon solar cells [J]. Solar Energy, 2017, 157: 477–485. [4] Hyojung Kim, Pyungho Choi, Kwangsoo Kim, Hyungsuk Kuh, Dohyun Beak, Jaehyung Lee, Junsin Yi, and Byoungdeog Choi. Performance Degradation of c-Si Solar Cells Under UV Exposure [J]. Journal of Nanoscience and Nanotechnology, 2014, 14: 3561- 3563. [5] Vincent Guiheneuf, Fabien Delaleux, Sylvain Pouliquen, Olivier Riou, Pierre-Olivier Logerais, Jean-Félix Durastanti. Effects of the irradiance intensity during UV accelerated aging test on unencapsulated silicon solar cells [J]. Solar Energy, 2017, 157: 477–485. [6] Mrinalini Padmanabhan, Krutarth Jhaveri, Romika Sharma, Prabir Kanti Basu, Samuel Raj, Johnson Wong, and Joel Li. Light- induced degradation and regeneration of multicrystalline silicon Al-BSF and PERC solar cells [J]. Physica Status Solidi - Rapid Research Letters, 2016: 1-8. [7] Eunhwan Cho, Young-Woo Ok, Ajay D. Upadhyaya, Martin Jeff Binns, Jesse Appel, Jason Guo, Ajeet Rohatgi. P-Type Indium- Doped Passivated Emitter Rear Solar Cells (PERC) on Czochralski Silicon Without Light-Induced Degradation [J]. IEEE Journal of Photovoltaics, 2016: 2156-3381.