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前言：

有關(guān)P型晶硅電池組件LID光致衰減的研究，早在1997年時已有報道稱其與硼氧復(fù)合有關(guān)[1]。兩個間隙氧原子形成O2i二聚體，O2i擴(kuò)散很快，與Bs形成Bs-O2i復(fù)合體[2]。晶硅電池組件功率衰減大小與硅片中的硼氧濃度有關(guān)，光生載流或電流注入會導(dǎo)致硅片中的硼氧形成復(fù)合體[3]。晶體硅的光致衰減特性目前已有大量研究成果，但晶硅組件早期光致衰減特性的研究尚有很大的空間。目前隨著光伏市場競爭的加劇，在組件制造商與購買方的互動中，業(yè)界普遍指定并承諾質(zhì)保組件25年線性衰減，規(guī)定組件早期的衰減指標(biāo)為第一年多晶一般衰減2.5%，單晶一般衰減3.0%。鑒于以上背景，我們對多晶硅組件進(jìn)行了不同接線方式下，其LID性能及其成因分析的研究。

根據(jù)IEC61215:edition 3 規(guī)定：試驗組件前期預(yù)處理的條件是在開路狀態(tài)下，輻照5kw·h/m2至20kw·h/m2；室外暴曬時連接額定負(fù)載后，共計輻照60kw·h/m2。以標(biāo)準(zhǔn)條款要求為背景，我們進(jìn)行了開路、加負(fù)載、負(fù)載為零（短路）不同接線方式下，多晶硅電池組件前期LID的性能對比研究。

試驗部分：

1.1試驗設(shè)備

光伏組件試驗樣品的測試均在上海晶澳太陽能科技有限公司檢測中心完成。試驗用主要設(shè)備及其用途見表1： 1.2試驗樣品

本文以同一批次生產(chǎn)的4片同檔位功率的多晶硅6英寸，72串片電池為測試樣品。樣品試驗前電學(xué)性能參數(shù)信息如表2所示。 1.3實驗設(shè)計

我們選擇三種主要導(dǎo)致晶硅電池組件LID（光致衰減）的影響因素包括室內(nèi)輻照量、輻照均勻性、接線方式，建立如下L4（23）正交試驗，尋找導(dǎo)致晶硅電池組件光致衰減最大的影響因素： L4（23）正交試驗結(jié)束后，樣品的電學(xué)性能參數(shù)測量值見表4。樣品實驗前后的功率比對及平行試驗的衰減率比對趨勢見圖1。
水平K2對應(yīng)因素b，c試驗后功率衰減之和為4.07%；

因素b中不同水平的最大者減去最小者所得差為2.74%；

因素c中不同水平的最大者減去最小者所得差為0.90%。

結(jié)果說明影響多晶硅電池組件LID的主要因素為開路連接方式。

綜合比對，可得出3種因素對多晶硅電池組件LID影響的大小順序為接線方式>輻照量>輻照均勻度，接線方式中開路連接對多晶硅電池組件LID的影響大于短路連接方式。為研究多晶組件LID衰減的長期規(guī)律性及LID衰減是否具備一定的可逆性，我們在相同累計輻照量條件下進(jìn)行了組件開路、短路不同連接方式下功率衰減的比對試驗，結(jié)果見表7。 相同輻照累積量下，組件開路連接比短路連接方式光致衰減值高0.79%，線性規(guī)律性較差，表明硼氧等雜質(zhì)復(fù)合后存在再分離的情況，但最終趨向穩(wěn)定。開路電壓、短路電流值降低，串聯(lián)電阻值增加均會促使峰值功率衰減加劇，且其存在較好的對應(yīng)關(guān)系，數(shù)據(jù)見表8。 我們對功率衰減進(jìn)行線性擬合后可知：開路連接時k=-4.01，短路連接時k=-3.50，由此表明開路連接方式下組件功率衰減大于短路連接方式，且衰減速度更快，見擬合圖2。此次試驗數(shù)據(jù)結(jié)果表明多晶硅樣品組件已超過一般一年質(zhì)保2.5%的衰減值。 上述結(jié)果類似于同行技術(shù)人員曾探討的CID電致衰減模式[4]。在避光條件下，CID相對LID要小，衰減率在1%以內(nèi)。當(dāng)在開路狀態(tài)下時LID綜合兩個方面的因素，加速組件中雜質(zhì)的復(fù)合速率，但較長時間后，兩者又趨勢接近。太陽能電池具有二極管的特性，開路狀態(tài)下其PN結(jié)變化機(jī)理，可參考百度網(wǎng)《二極管PN結(jié)原理》，其示意圖如圖5： 當(dāng)有偏置電壓存在時，PN結(jié)的寬度縮短；而對于開路的電池組件來說，恰恰由于電池組件自身形成正向反偏電壓，這對于硅片中缺陷的硼氧等雜質(zhì)的快速擴(kuò)散起到了促進(jìn)作用。

其中低成本太陽能級硅料由于純度降低，硅材料中將會帶入O、Fe元素。多晶硅電池組件光致衰減機(jī)理初步分析認(rèn)為是由BOi缺陷對和FeiBs對分解-復(fù)合模型機(jī)制共同作用所致，但FeiBs對分解-復(fù)合模型為主要原因，早期光致衰減比率可達(dá)到6%[5]。另有文章[3]也有類似的數(shù)據(jù)報道，稍差的多晶硅片衰減率為3.6%，好料的則僅為0.2%的衰減率。不同來料多晶硅電池組件的試驗數(shù)據(jù)表明，預(yù)處理時開路連接對優(yōu)質(zhì)硅片組件的功率影響不明顯，反之則加速，數(shù)據(jù)如表9： 多晶硅電池組件在并網(wǎng)固定負(fù)載下，進(jìn)行室外暴曬試驗，驗證其發(fā)電狀態(tài)下的衰減趨勢，收集數(shù)據(jù)如圖6所示，階段性結(jié)果為1.96%，長期持續(xù)跟蹤。 圖2曲線結(jié)果表明，多晶電池組件樣品早期光衰值要比一般廠家承諾的衰減值稍高一些。如果來料的品質(zhì)低，且在開路狀態(tài)下進(jìn)行早期的光致衰減后就會快速進(jìn)行雜質(zhì)復(fù)合反應(yīng)。而圖6曲線又表明，如果在負(fù)載下，即類似室外電站并網(wǎng)負(fù)荷運行的情況，部分多晶硅組件的功率衰減相對緩慢，早期光致衰減能保證理想的質(zhì)量水平。

總結(jié)

在開路連接方式下，光致衰減LID與電致衰減CID兩種模式共同促使多晶電池組件電池內(nèi)部的硼氧等雜質(zhì)進(jìn)行復(fù)合反應(yīng)，從而導(dǎo)致組件早期的開路電壓，短路電流及功率的衰減，并相對其它方式早期衰減進(jìn)程更快；

純度較高的多晶硅片電池組件受不同連接方式的影響較小，反之低成本硅片電池組件短路與開路不同連接方式時表現(xiàn)差異較大，且開路連接方式對功率衰減影響較大。

對于負(fù)載狀態(tài)，或并網(wǎng)發(fā)電等特殊負(fù)載下，影響將會介于開路短路兩種連接方式之間，其形成偏置的工作電壓小于開路電壓，且反向漏電流較小，所以衰減進(jìn)程會相對緩慢。

綜上建議，在廠家內(nèi)部進(jìn)行質(zhì)量控制評估時，尤其是變更電池材料時，可以依照IEC61215 ed3組件預(yù)處理的標(biāo)準(zhǔn)要求，選擇在開路連接方式進(jìn)行組件室外暴曬，并將輻照量定于20 kw·h/m2，這將加速其光致衰減的速度，并對前期新產(chǎn)品開發(fā)及質(zhì)量評估有一定的幫助，同時有益于對批量產(chǎn)品來料穩(wěn)定性的控制。

由于現(xiàn)階段多晶硅電池組件在電站應(yīng)用時，存在早期衰減超過質(zhì)保承諾值的可能性。在電站上，做有效防止組件形成開路的措施，對減緩早期多晶硅組件光致衰減有較好的效果。

參考文獻(xiàn)：

[1] J.Schmidt ,A.G. Aberle , and R. Hezel ,Proceedings of the 26th IEEE Photovoltaic Specialists Conference , Anaheim ,CA (IEEE ,New York ,1997 )，P.13；

[2] J. Schmidt,et al.,Phys.Rev.B 69,024107(2004)；

[3] P型摻硼單晶硅太陽電池和組件早期光致衰減問題的研究 第十屆中國太陽能光伏會議論文集；

[4] 光伏組件電致衰減和光致衰減對比測試 第12屆中國光伏大會暨國際光伏展覽會論文（光伏系統(tǒng)、系統(tǒng)部件及并網(wǎng)技術(shù)）；

[5] 低成本多晶硅太陽電池光致衰減的研究 閩江學(xué)院學(xué)報 第32卷 第2期 2011年3月；

作者：上海晶澳太陽能科技有限公司 徐德生 張寶華 柳國偉 張發(fā) 蘇雄 劉繼龍