LeTID技术及标准——蒋方丹博士

蒋方丹 阿特斯，电池研发高级总监 2019年高效 多晶及光伏先进技术和产品研讨会 苏州， 2019年 3月 8日 CSIQ NASDAQ Listed LeTID衰减机理、控制及测试 2Canadian Solar Inc. 目录 LeTID衰减行为及可能机理 LeTID控制方法及表现 LeTID相关测试标准 3Canadian Solar Inc. LID Light-Induced Degradation LeTID Light and elevated Temperature Induced Degradation 高温 LID（ LID at elevated temperature） • 快速衰减 + 恢复， 1个月内 • 机制清晰，由硼氧缺陷对 导致。 • PERC少子扩散距离更长， LID更 显著。 • 由于体材料问题，单晶 LID显著高于多晶，可通过掺杂、 低氧等技术手段来解决。 Time (Hour) Time (Hour) 1000 1000 • 缓慢衰减 + 恢复，长达几年时间 • 机制尚未完全 清晰，最近 氢导致、钝化衰减等模型逐渐被 接受。 • 高温加速 LeTID衰减 • 单晶、多晶乃至 N型都受到 LeTID影响。需要创新技术解决。 PL cou nt PL cou nt LeTID敏感组件 EL图 PID、 LID问题已解决 对于部分技术手段较少的公司， LeTID仍然是一个问题！ 什么是 LID/LeTID？ 4Canadian Solar Inc. LID衰减行为和机理 • LID被认为与 硼氧缺陷对 相关 LID in Cz-Si • BsO2 b) after light soaking Cross-sectional SEM shows Cu particle in the enhanced degradation region 12Canadian Solar Inc. LeTID衰减可能机理 – UNSW UNSW的 研究发现： • 暗退火导致氢原子扩散，诱发衰减行为变化。推测氢原子不仅起到钝化杂质和缺陷的作用，同时也可以诱发形成部分 的复合敏感中心。 • 单晶和多晶硅片在热过程中形成类似的复合敏感中心。 • 提出 HID（ Hydrogen Induced Degradation）衰减机理。 Dark annealing modulates the degradation behavior Firing causes an identical defect in both mc- and Cz-Si Chan C. et al., Solar RRL 1, 1600028 (2017). [UNSW] Chen D. et al., Solar Energy Materials and Solar Cells 172, 293–300 (2017). [UNSW] 1Sun-75oC 13Canadian Solar Inc. UNSW提出“氢模型” Fung T. et al., Solar Energy Materials and Solar Cells 184, 48–56 (2018). [UNSW] Wenham A. et al., 7th World Conference on Photovoltaic Energy Conversion, 2018 • UNSW提出新的四态模型，引入氢原子 RESERVOIR状态，较好解释了多次“暗退火 -光照”循环过程的少子寿命变化。 • 氢原子与其它杂质形成的缺陷对的价态变化被认为是衰减根源。 4-state model 4态模型 14Canadian Solar Inc. LeTID可能机理 – ISC Konstanz Sperber D. et al., IEEE Journal of Photovoltaics 7, 1627–1634 (2017). [Konstanz] ISC Konstanz的研究发现： • 高温长时间衰减后（ 1Sun、 80oC、 ~100h），发现 AlOx/SiNx钝化膜的衰减，表现在 J0复合 电流的上升。 • 在 Fz、 Cz和多晶中都发现类似的行为。 • LeTID衰减机理：不仅是体材料衰减，也包括钝化衰减（ passivation degradation）。 体材 料衰减 及 再生 钝化膜衰减 15Canadian Solar Inc. LeTID可能机理 – ISC Konstanz汇总结论 R. Kopecek: https://www.pv-tech.org/guest-blog/is-letid-degradation-in-perc-cells-another-degradation-crisis-even-worse-th • 硼氧缺陷对导致的 LID衰减是 LeTID衰减的一部分。 • LeTID衰减机理更多更复杂，衰减程度也更严重，控制不好会导致更大的性能损失。 16Canadian Solar Inc. 目录 LeTID衰减行为及可能机理 LeTID控制方法及表现 LeTID相关测试标准 17Canadian Solar Inc. Methods proposed by UNSW LID/LeTID控制方法 – 文献调研 18Canadian Solar Inc. LID/LeTID控制方法 – 文献调研 R. Kopecek: https://www.pv-tech.org/guest-blog/is-letid-degradation-in-perc-cells-another-degradation-crisis-even-worse-th Methods summarized by ISC Konstanz 19Canadian Solar Inc. 关键技术创新和解决方案： • 铸锭 /硅片： 杂质控制、掺杂优化 • 电池工艺： 电池工艺优化，抑制杂质形成，加强氢钝化效果。 • CSAR： 先进的氢钝化技术 • 在线控制： 加严的衰减监控措施 CSI独创的 LID/LeTID控制技术 20Canadian Solar Inc. 加严 CID衰减检测技术 • 电注入衰减技术 CID（ Current Injection Degradation） • 新材料 /新工艺 /新产品导入，采用长时间 CID以评估最大的衰减风险。 • 在线工艺监控，采用标准 CID，确保产品质量。 21Canadian Solar Inc. CSI P4组件 LID衰减表现优异 • P4组件 LID表现良好，甚至优于常规 P3多晶组件。 Regular OPCT LID monitoring data: P4 vs. P3 P3 & P4 LID well under control 22Canadian Solar Inc. CSI P4组件 LeTID衰减表现最佳 – 第三方测试报告 • UNSW测试结果表明， CSI P4组件的 LeTID衰减程度最低，性能最优。 CSI P4 is the best by a mile 23Canadian Solar Inc. 目录 LeTID衰减行为及可能机理 LeTID控制方法及表现 LeTID相关测试标准 24Canadian Solar Inc. LID/LeTID测试标准提案一览 标准提案 Sample Method Procedures IEC 61215-1 ED2 Module 2步法 第 1步： MQT 19.1，初始光衰（ 1sun， 5% • Module LeTID test in IEC 61215-1 ED2 26Canadian Solar Inc. 电池片 LeTID测试标准思路 测试标准思路： • 低温 LID测试不能体现高温衰减风险。 • LeTID应该更准确描述为高温 LID。 • 制定高温 LID测试标准，应选择合理的测试条件，以更有效评估出高温衰减风险，从而帮助行业提升组件产品质量。 • 高温 LID测试标准可能有助于解释再生性能，以更好地了解对实际发电性能的影响。 LeTID Light and elevated Temperature Induced Degradation LeTID, alias high-temp LID Light Induced Degradation at elevated Temperature 高温 LID 27Canadian Solar Inc. 电池 片高温 LID测试 标准思路 IEC测试标准草案提议（在研）： For a batch of to-be-test cells IV measurement Light exposure (12kWh/m2@1sun, 85±5℃ ) IV measurement Light exposure (12kWh/m2@1sun, 85±5℃ ) IV measurement 168kWh/m2 or Termination criteria N Y End 28Canadian Solar Inc. 总结 • LeTID， 更准确为高温 LID， 与常规低温 LID有很大差别 。 LeTID衰减机理更多更复杂 ， 衰减程度也 更严重 ， 控制不好会导致更大的性能损失 。 • 现行低温光衰测试标准不利于正确认识高温衰减风险 ， 必须制定更严格的行业标准 ， 以提升组件产 品质量 。 • 阿特斯通过技术研发创新 、 导入严格的衰减控制技术 ， 有效控制 LID/LeTID， 第三方测试表明组件 衰减性能最优 。 29Canadian Solar Inc. WIN BY INNOVATION