多晶体硅太阳电池的PID效应研究

多晶体硅太阳电池的PID 效应研究

肖慧萍1，2周浪1曹家庆3杜嘉斌4

万跃鹏4李世岚4章金兵4

(1.南昌大学材料科学与工程学院，江西 南昌330031；

2.南昌航空大学材料科学与工程学院，江西 南昌 330063；

3.南昌航空大学信息工程学院，江西 南昌330063；

4.江西赛维LDK太阳能高科技有限公司，江西 新余 338000)

摘要：随着多晶硅太阳电池的广泛应用，电池组件的电势诱导衰减(PID)现象越来越引起大家的重视。本文介绍了多晶硅太阳PID现象产生的原因以及目前的解决途径。

关键词：电势诱导衰减多晶硅太阳电池

光伏发电站建设中，光伏组件通常需要通过串联来实现600V-1200V左右的系统电压；为了防止人员触电以及组件边框电化学腐蚀，通常要求将组件边框接地。这样便在光伏组件中电池与玻璃和边框之间形成了较大电势差，而处于系统中不同位置的组件有不同的电势，最大的电势等同于系统电压。在环境因素的作用下，这些电池组件在高电势差的影响下，发电量会明显衰减，这便是电势诱导衰减现象(Potential Induced Degradation，PID)。组件长期在高电压作用下使得玻璃、封装材料之间存在漏电流，大量电荷聚聚在电池片表面，使得电池表面的钝化效果恶化，导致FF、Jsc、Voc降低，使组件性能低于设计标准。PID最早是Sunpower公司在2005年发现的。PID造成了光伏电站的发电量极大降低，降低幅度可达30%以上[1-2]。随着光伏产业的快速发展，越来越多的光伏电站建设在严酷的环境中，如高温高湿、多雨、盐碱地、水塘或湖面、沿海滩涂等地，这些严酷的环境因素加速了PID现象的发生，组件性能衰减非常快。PID现象严重地影响了电站的正常运营，影响到了组件的寿命和电站的正常收益，阻碍了光伏产业的发展。因此，研究并生产出良好的抗PID的电池和组件有着十分迫切和现实的意义。

通常认为PID产生的过程是：水气通过封边的硅胶或背板进入组件内部。水气进入组件，水导致封装材料乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)水解产生醋酸，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，钠离子在电场的作用下移动到电池表面[3]。

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。

目前，为节约成本，企业通常利用制备高折射率减反射膜的方法来从电池层面上获得抗PID效果。研究发现，硅含量高的减反射膜比硅含量低的减反射膜更能抵抗PID。当减反射膜的折射率大于2.13后，PID现象大大减少。

在封装材料方面，可采用石英玻璃替代普通玻璃避免钠离子析出；或使用化学结构中不含可水解基团的热塑性弹性体来代替EVA；或者使用低醋酸乙烯含量的EVA可以减缓PID现象的产生[4]。

引起 PID 衰减的变化应该是可逆的。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。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[5]。

发现PID现象对降低光伏组件在现实环境中的使用有积极作用。PID现象是可控可逆的，如何提高组件的抗PID效果、保证组件的使用寿命会是未来数年内光伏企业需要面临并积极解决的一个重要的研究领域。

参考文献

[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]葛华云.基于光伏组件的电位诱发功率衰减的研究[D].吉林大学，2013年.

[4]周晓蕾.针对PID的电池片防反射膜工艺改进研究[D].上海交通大学，2013年.

[5]曾雪华，张志根，蒋建平.PID效应及影响因素[J].太阳能，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