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摘要：本文分別研究了多晶硅組件在開路、短路不同連接方式時(shí)，其初期的LID（光致衰減）性能，并對(duì)多晶硅組件負(fù)載狀態(tài)下的早期LID性能也進(jìn)行了探究。試驗(yàn)結(jié)果表明開路接線方式對(duì)組件LID影響較大。其主要原因是光生電流促使硼鐵與氧原子復(fù)合，尤其在偏置電壓的電場(chǎng)狀態(tài)下加速了其復(fù)合反應(yīng)的進(jìn)行。
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(shí)已有報(bào)道稱其與硼氧復(fù)合有關(guān)[1]。兩個(gè)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(huì)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(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的加劇，在組件制造商與購(gòu)買方的互動(dòng)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(duì)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(yàn)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(shí)連接額定負(fù)載后，共計(jì)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(duì)比研究。
試驗(yàn)部分：
1.1試驗(yàn)設(shè)備
光伏組件試驗(yàn)樣品的測(cè)試均在上海晶澳太陽(yáng)能科技有限公司檢測(cè)中心完成。試驗(yàn)用主要設(shè)備及其用途見表1：
表1 試驗(yàn)用主要設(shè)備及其用途
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(cè)試樣品。樣品試驗(yàn)前電學(xué)性能參數(shù)信息如表2所示。
表2 試驗(yàn)前樣品電學(xué)性能參數(shù)信息
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(yàn)，尋找導(dǎo)致晶硅電池組件光致衰減最大的影響因素：
表3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)
表4 試驗(yàn)后樣品電學(xué)性能參數(shù)信息
圖1 樣品實(shí)驗(yàn)前后功率及衰減率對(duì)比圖
正交試驗(yàn)結(jié)果比對(duì)如表5所示，對(duì)試驗(yàn)樣品進(jìn)行正交分析，結(jié)果見表6。
表5 正交試驗(yàn)結(jié)果比對(duì)
表6 正交分析
水平K1對(duì)應(yīng)因素b，c試驗(yàn)后功率衰減之和為2.23%；
水平K2對(duì)應(yīng)因素b，c試驗(yàn)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(duì)，可得出3種因素對(duì)多晶硅電池組件LID影響的大小順序?yàn)榻泳€方式>輻照量>輻照均勻度，接線方式中開路連接對(duì)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(zhǎng)期規(guī)律性及LID衰減是否具備一定的可逆性，我們?cè)谙嗤塾?jì)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(duì)試驗(yàn)，結(jié)果見表7。
表7 室外組件LID長(zhǎng)期跟蹤比對(duì)
表8 ΔPm與ΔVoc、ΔIsc、ΔRs對(duì)應(yīng)關(guān)系
圖2 多晶組件開路及短路長(zhǎng)期LID線性規(guī)律比對(duì)
機(jī)理分析：
光伏電池組件接受光照后，內(nèi)部電路運(yùn)行可等效為由電源、并聯(lián)電阻、串聯(lián)電阻及二極管組成的回路電路，產(chǎn)生電流并對(duì)RL負(fù)載進(jìn)行供電，示意圖如圖3。
光伏電池組件接受光照后，內(nèi)部電路運(yùn)行可等效為由電源、并聯(lián)電阻、串聯(lián)電阻及二極管組成的回路電路，產(chǎn)生電流并對(duì)RL負(fù)載進(jìn)行供電，示意圖如圖3。
圖3 光伏組件工作原理圖
短路時(shí)，RL=0Ω；開路時(shí)，RL=∞Ω；負(fù)載時(shí)，0
其中低成本太陽(yáng)能級(jí)硅料由于純度降低，硅材料中將會(huì)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(duì)和FeiBs對(duì)分解-復(fù)合模型機(jī)制共同作用所致，但FeiBs對(duì)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(bào)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(yàn)數(shù)據(jù)表明，預(yù)處理時(shí)開路連接對(duì)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：
表9 不同來料多晶硅電池組件LID比對(duì)
圖6 多晶156-60組件室外暴曬衰減曲線
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(duì)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(shí)表現(xiàn)差異較大，且開路連接方式對(duì)功率衰減影響較大。
對(duì)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(huì)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(huì)相對(duì)緩慢。
綜上建議，在廠家內(nèi)部進(jìn)行質(zhì)量控制評(píng)估時(shí)，尤其是變更電池材料時(shí)，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(duì)前期新產(chǎn)品開發(fā)及質(zhì)量評(píng)估有一定的幫助，同時(shí)有益于對(duì)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(shí)，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(duì)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(yáng)電池和組件早期光致衰減問題的研究 第十屆中國(guó)太陽(yáng)能光伏會(huì)議論文集；
[4] 光伏組件電致衰減和光致衰減對(duì)比測(cè)試 第12屆中國(guó)光伏大會(huì)暨國(guó)際光伏展覽會(huì)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(yáng)電池光致衰減的研究 閩江學(xué)院學(xué)報(bào) 第32卷 第2期 2011年3月；
作者：上海晶澳太陽(yáng)能科技有限公司 徐德生 張寶華 柳國(guó)偉 張發(fā) 蘇雄 劉繼龍
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