劉東林+++周水生+++沈方濤

摘 要：PID現(xiàn)象和電池片表面的減反射膜的折射率有關(guān)，提高反射層的折射率可以有效地降低PID現(xiàn)象的發(fā)生。文章研究的主要內(nèi)容是在不提高生產(chǎn)成本并且基本不降低效率的情況下，通過調(diào)整沉積時(shí)間與氣體流量，來提升電池片的折射率至2.13，以達(dá)到抗PID目的。

關(guān)鍵詞：電位誘發(fā)衰減、極性化（PID效應(yīng)）；減反射膜；折射率；多晶電池

1 概述

晶體硅太陽能電池在使用過程中不排放和發(fā)射任何有害物質(zhì)；沒有運(yùn)動(dòng)部件、無噪聲、重量輕、體積小、具有模塊化特征，可分散就地設(shè)置，建設(shè)周期短，工作壽命長20-25年，維護(hù)簡便，運(yùn)行可靠等優(yōu)點(diǎn)，是一種十分理想的可再生潔凈能源。

在實(shí)際應(yīng)用中由于單個(gè)晶體硅太陽能組件輸出電壓和功率偏低，不能滿足生活或者生產(chǎn)需要，所以需要將多個(gè)組件串接。在長期高電壓作用下，組件中玻璃和封裝材料之間存在漏電現(xiàn)象，使得大量電荷和Na+離子富集在電池片表面，造成先是表面鈍化減反射膜失效，然后PN結(jié)失效，最終使得組件性能持續(xù)衰減。造成此類衰減的機(jī)理是多方面的，例如在上述高電壓的作用下，組件電池的封裝材料和組件上表面層及下表面層的材料中出現(xiàn)的離子遷移現(xiàn)象；電池中出現(xiàn)的熱載流子現(xiàn)象；電荷的再分配削減了電池的活性層；相關(guān)的電路被腐蝕等等。這些引起衰減的機(jī)理被稱之為電位誘發(fā)衰減、極性化（Potential Induced Degradation 即PID效應(yīng)）[1]。

近年來PID已經(jīng)成為國外買家投訴國內(nèi)組件質(zhì)量的重要因素之一，嚴(yán)重時(shí)候它可以引起一塊組件功率衰減50%以上，從而影響整個(gè)電站的功率輸出，因此組件的PID現(xiàn)象越來越受到光伏行業(yè)的重視[2]。

一些電站實(shí)際使用表明，光伏發(fā)電系統(tǒng)的系統(tǒng)電壓似乎存在對晶體硅電池組件有持續(xù)的PID效應(yīng)，基于絲網(wǎng)印刷的晶體硅電池通過封裝材料對組件邊框形成的回路所導(dǎo)致的漏電流，被確認(rèn)為是引發(fā)該效應(yīng)的主要原因。目前為了有效降低PID Loss值，主要從電池、組件、系統(tǒng)三個(gè)方面來實(shí)現(xiàn)。從組件端來看，主要方法是使用特殊玻璃而非普通鈉鈣玻璃和高電阻率的封裝材料做成，但這使得組件的成本大大提高；從系統(tǒng)端來看，主要方法是組件邊框接地、逆變器直流段負(fù)極接地等，但這些方法只能緩慢PID衰減的速度；從電池端來看，改變電池片鈍化減反射膜層的工藝是主要研究方向之一。改變電池減反射層的折射率會(huì)降低電池片的發(fā)電效率，在不提高生產(chǎn)成本并且基本不降低效率的情況下，達(dá)到抗PID目的是文章研究的主要內(nèi)容。

2 實(shí)驗(yàn)部分

2.1 原理分析

PID現(xiàn)象和電池片表面的減反射膜的折射率有關(guān)，提高反射層的折射率可以有效地降低PID現(xiàn)象的發(fā)生。含Si多的減反層比含N多的減反層更可以抵抗PID現(xiàn)象。實(shí)驗(yàn)表明：當(dāng)折射率小于2.08后，組件很難通過PID測試；當(dāng)減反射膜的折射率大于2.12后，PID現(xiàn)象不再被觀察到。通過調(diào)整工藝參數(shù)，提高折射率至2.12，從而可達(dá)到抗PID的目標(biāo)。

2.2 實(shí)驗(yàn)工藝對比

2.2.1 生產(chǎn)工藝實(shí)驗(yàn)。采用生產(chǎn)工藝配方（詳見下表1）進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，測試電池片的折射率、色差、效率和衰減情況，分階段進(jìn)行小批量、整線和全線測試。

表1 生產(chǎn)工藝配方

采用生產(chǎn)工藝，生產(chǎn)片折射率可以達(dá)到要求：在2.12-2.20范圍內(nèi)，但衰減為0.8%，且存在一定比例的明顯色差片，四周深藍(lán)中間淡藍(lán)或者四周發(fā)藍(lán)中間發(fā)白（見圖1a和1b）。經(jīng)過分析這可能是由第一層時(shí)間過長、制絨不均勻等情況造成的Si含量高時(shí)，起到了一種類似飽和的效果Si原子傾向于從硅片中間向四周擴(kuò)散沉積。

2.2.2 抗PID工藝實(shí)驗(yàn)。對生產(chǎn)配方進(jìn)行優(yōu)化（即抗PID工藝），提升折射率至2.13以上，測試其折射率、色差、效率和衰減情況。

采用抗PID工藝后，折射率可以達(dá)到要求：在2.13-2.21內(nèi)。效率雖與生產(chǎn)片相比降低了0.1%左右，衰減為0.6%，衰減方面兩者相當(dāng)。但抗PID工藝鍍膜均勻性較好，不存在的色差（見圖2）。實(shí)驗(yàn)表明，增加第一層折射率及較薄的膜厚（整體沉積時(shí)間較少）對于降低PID效應(yīng)有重要的影響，但是較薄的膜厚表明第一層沉積時(shí)間的增加，這對于控制色差是不利的，在綜合了衰減及色差影響后，第一層沉積時(shí)間控制在230s（比生產(chǎn)工藝少40s），總體沉積時(shí)間在630s，膜厚在80nm左右，光學(xué)膜厚在180nm左右。

2.3 衰減結(jié)果與轉(zhuǎn)換效率

圖3中對抗PID工藝與生產(chǎn)工藝生產(chǎn)的電池片效率進(jìn)行了對比，藍(lán)色的為抗PID工藝，紅色的生產(chǎn)工藝?？筆ID工藝電池片平均效率為17.75%，生產(chǎn)片平均效率為17.83%，降低了0.08%。從多日的電池片數(shù)據(jù)分析看，抗PID工藝效率比生產(chǎn)片低0.07-0.1%。跟蹤了多日的組件衰減情況，抗PID工藝電池片與生產(chǎn)片衰減持平。這與業(yè)內(nèi)認(rèn)同的抗PID工藝衰減略低于生產(chǎn)片結(jié)果相一致。

圖3 抗PID工藝對效率的影響

3 結(jié)束語

（1）在雙層膜工藝基礎(chǔ)上，通過調(diào)整沉積時(shí)間和氣體流量，能提升電池片的折射率至2.13；（2）抗PID工藝電池片效率比生產(chǎn)片低0.1%左右，衰減結(jié)果一致；（3）采用抗PID工藝解決了多晶電池片邊緣發(fā)白的問題，產(chǎn)線合格率提高了1%左右。

參考文獻(xiàn)

[1]Berghold J，F(xiàn)rank O，Hoehne H，et al.Potential induced degrada-tion of solar cells and panels[A].25th European Photovoltaic SolarEnergy Conference and Exhibition/5th World Conference on Photo-voltaic Energy Conversion[C].Spain，Valencla，2010.

[2]del Cueto J A，McMahon T J.Analysis of leakage currents in photovoltaic modules under high-voltage bias in the field[J].Progress in Photovoltaics： Research and Applications，2002，10（1）：15-28.endprint

摘 要：PID現(xiàn)象和電池片表面的減反射膜的折射率有關(guān)，提高反射層的折射率可以有效地降低PID現(xiàn)象的發(fā)生。文章研究的主要內(nèi)容是在不提高生產(chǎn)成本并且基本不降低效率的情況下，通過調(diào)整沉積時(shí)間與氣體流量，來提升電池片的折射率至2.13，以達(dá)到抗PID目的。

關(guān)鍵詞：電位誘發(fā)衰減、極性化（PID效應(yīng)）；減反射膜；折射率；多晶電池

1 概述

晶體硅太陽能電池在使用過程中不排放和發(fā)射任何有害物質(zhì)；沒有運(yùn)動(dòng)部件、無噪聲、重量輕、體積小、具有模塊化特征，可分散就地設(shè)置，建設(shè)周期短，工作壽命長20-25年，維護(hù)簡便，運(yùn)行可靠等優(yōu)點(diǎn)，是一種十分理想的可再生潔凈能源。

在實(shí)際應(yīng)用中由于單個(gè)晶體硅太陽能組件輸出電壓和功率偏低，不能滿足生活或者生產(chǎn)需要，所以需要將多個(gè)組件串接。在長期高電壓作用下，組件中玻璃和封裝材料之間存在漏電現(xiàn)象，使得大量電荷和Na+離子富集在電池片表面，造成先是表面鈍化減反射膜失效，然后PN結(jié)失效，最終使得組件性能持續(xù)衰減。造成此類衰減的機(jī)理是多方面的，例如在上述高電壓的作用下，組件電池的封裝材料和組件上表面層及下表面層的材料中出現(xiàn)的離子遷移現(xiàn)象；電池中出現(xiàn)的熱載流子現(xiàn)象；電荷的再分配削減了電池的活性層；相關(guān)的電路被腐蝕等等。這些引起衰減的機(jī)理被稱之為電位誘發(fā)衰減、極性化（Potential Induced Degradation 即PID效應(yīng)）[1]。

近年來PID已經(jīng)成為國外買家投訴國內(nèi)組件質(zhì)量的重要因素之一，嚴(yán)重時(shí)候它可以引起一塊組件功率衰減50%以上，從而影響整個(gè)電站的功率輸出，因此組件的PID現(xiàn)象越來越受到光伏行業(yè)的重視[2]。

一些電站實(shí)際使用表明，光伏發(fā)電系統(tǒng)的系統(tǒng)電壓似乎存在對晶體硅電池組件有持續(xù)的PID效應(yīng)，基于絲網(wǎng)印刷的晶體硅電池通過封裝材料對組件邊框形成的回路所導(dǎo)致的漏電流，被確認(rèn)為是引發(fā)該效應(yīng)的主要原因。目前為了有效降低PID Loss值，主要從電池、組件、系統(tǒng)三個(gè)方面來實(shí)現(xiàn)。從組件端來看，主要方法是使用特殊玻璃而非普通鈉鈣玻璃和高電阻率的封裝材料做成，但這使得組件的成本大大提高；從系統(tǒng)端來看，主要方法是組件邊框接地、逆變器直流段負(fù)極接地等，但這些方法只能緩慢PID衰減的速度；從電池端來看，改變電池片鈍化減反射膜層的工藝是主要研究方向之一。改變電池減反射層的折射率會(huì)降低電池片的發(fā)電效率，在不提高生產(chǎn)成本并且基本不降低效率的情況下，達(dá)到抗PID目的是文章研究的主要內(nèi)容。

2 實(shí)驗(yàn)部分

2.1 原理分析

PID現(xiàn)象和電池片表面的減反射膜的折射率有關(guān)，提高反射層的折射率可以有效地降低PID現(xiàn)象的發(fā)生。含Si多的減反層比含N多的減反層更可以抵抗PID現(xiàn)象。實(shí)驗(yàn)表明：當(dāng)折射率小于2.08后，組件很難通過PID測試；當(dāng)減反射膜的折射率大于2.12后，PID現(xiàn)象不再被觀察到。通過調(diào)整工藝參數(shù)，提高折射率至2.12，從而可達(dá)到抗PID的目標(biāo)。

2.2 實(shí)驗(yàn)工藝對比

2.2.1 生產(chǎn)工藝實(shí)驗(yàn)。采用生產(chǎn)工藝配方（詳見下表1）進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，測試電池片的折射率、色差、效率和衰減情況，分階段進(jìn)行小批量、整線和全線測試。

表1 生產(chǎn)工藝配方

采用生產(chǎn)工藝，生產(chǎn)片折射率可以達(dá)到要求：在2.12-2.20范圍內(nèi)，但衰減為0.8%，且存在一定比例的明顯色差片，四周深藍(lán)中間淡藍(lán)或者四周發(fā)藍(lán)中間發(fā)白（見圖1a和1b）。經(jīng)過分析這可能是由第一層時(shí)間過長、制絨不均勻等情況造成的Si含量高時(shí)，起到了一種類似飽和的效果Si原子傾向于從硅片中間向四周擴(kuò)散沉積。

2.2.2 抗PID工藝實(shí)驗(yàn)。對生產(chǎn)配方進(jìn)行優(yōu)化（即抗PID工藝），提升折射率至2.13以上，測試其折射率、色差、效率和衰減情況。

采用抗PID工藝后，折射率可以達(dá)到要求：在2.13-2.21內(nèi)。效率雖與生產(chǎn)片相比降低了0.1%左右，衰減為0.6%，衰減方面兩者相當(dāng)。但抗PID工藝鍍膜均勻性較好，不存在的色差（見圖2）。實(shí)驗(yàn)表明，增加第一層折射率及較薄的膜厚（整體沉積時(shí)間較少）對于降低PID效應(yīng)有重要的影響，但是較薄的膜厚表明第一層沉積時(shí)間的增加，這對于控制色差是不利的，在綜合了衰減及色差影響后，第一層沉積時(shí)間控制在230s（比生產(chǎn)工藝少40s），總體沉積時(shí)間在630s，膜厚在80nm左右，光學(xué)膜厚在180nm左右。

2.3 衰減結(jié)果與轉(zhuǎn)換效率

圖3中對抗PID工藝與生產(chǎn)工藝生產(chǎn)的電池片效率進(jìn)行了對比，藍(lán)色的為抗PID工藝，紅色的生產(chǎn)工藝?？筆ID工藝電池片平均效率為17.75%，生產(chǎn)片平均效率為17.83%，降低了0.08%。從多日的電池片數(shù)據(jù)分析看，抗PID工藝效率比生產(chǎn)片低0.07-0.1%。跟蹤了多日的組件衰減情況，抗PID工藝電池片與生產(chǎn)片衰減持平。這與業(yè)內(nèi)認(rèn)同的抗PID工藝衰減略低于生產(chǎn)片結(jié)果相一致。

圖3 抗PID工藝對效率的影響

3 結(jié)束語

（1）在雙層膜工藝基礎(chǔ)上，通過調(diào)整沉積時(shí)間和氣體流量，能提升電池片的折射率至2.13；（2）抗PID工藝電池片效率比生產(chǎn)片低0.1%左右，衰減結(jié)果一致；（3）采用抗PID工藝解決了多晶電池片邊緣發(fā)白的問題，產(chǎn)線合格率提高了1%左右。

參考文獻(xiàn)

[1]Berghold J，F(xiàn)rank O，Hoehne H，et al.Potential induced degrada-tion of solar cells and panels[A].25th European Photovoltaic SolarEnergy Conference and Exhibition/5th World Conference on Photo-voltaic Energy Conversion[C].Spain，Valencla，2010.

[2]del Cueto J A，McMahon T J.Analysis of leakage currents in photovoltaic modules under high-voltage bias in the field[J].Progress in Photovoltaics： Research and Applications，2002，10（1）：15-28.endprint

摘 要：PID現(xiàn)象和電池片表面的減反射膜的折射率有關(guān)，提高反射層的折射率可以有效地降低PID現(xiàn)象的發(fā)生。文章研究的主要內(nèi)容是在不提高生產(chǎn)成本并且基本不降低效率的情況下，通過調(diào)整沉積時(shí)間與氣體流量，來提升電池片的折射率至2.13，以達(dá)到抗PID目的。

關(guān)鍵詞：電位誘發(fā)衰減、極性化（PID效應(yīng)）；減反射膜；折射率；多晶電池

1 概述

晶體硅太陽能電池在使用過程中不排放和發(fā)射任何有害物質(zhì)；沒有運(yùn)動(dòng)部件、無噪聲、重量輕、體積小、具有模塊化特征，可分散就地設(shè)置，建設(shè)周期短，工作壽命長20-25年，維護(hù)簡便，運(yùn)行可靠等優(yōu)點(diǎn)，是一種十分理想的可再生潔凈能源。

在實(shí)際應(yīng)用中由于單個(gè)晶體硅太陽能組件輸出電壓和功率偏低，不能滿足生活或者生產(chǎn)需要，所以需要將多個(gè)組件串接。在長期高電壓作用下，組件中玻璃和封裝材料之間存在漏電現(xiàn)象，使得大量電荷和Na+離子富集在電池片表面，造成先是表面鈍化減反射膜失效，然后PN結(jié)失效，最終使得組件性能持續(xù)衰減。造成此類衰減的機(jī)理是多方面的，例如在上述高電壓的作用下，組件電池的封裝材料和組件上表面層及下表面層的材料中出現(xiàn)的離子遷移現(xiàn)象；電池中出現(xiàn)的熱載流子現(xiàn)象；電荷的再分配削減了電池的活性層；相關(guān)的電路被腐蝕等等。這些引起衰減的機(jī)理被稱之為電位誘發(fā)衰減、極性化（Potential Induced Degradation 即PID效應(yīng)）[1]。

近年來PID已經(jīng)成為國外買家投訴國內(nèi)組件質(zhì)量的重要因素之一，嚴(yán)重時(shí)候它可以引起一塊組件功率衰減50%以上，從而影響整個(gè)電站的功率輸出，因此組件的PID現(xiàn)象越來越受到光伏行業(yè)的重視[2]。

一些電站實(shí)際使用表明，光伏發(fā)電系統(tǒng)的系統(tǒng)電壓似乎存在對晶體硅電池組件有持續(xù)的PID效應(yīng)，基于絲網(wǎng)印刷的晶體硅電池通過封裝材料對組件邊框形成的回路所導(dǎo)致的漏電流，被確認(rèn)為是引發(fā)該效應(yīng)的主要原因。目前為了有效降低PID Loss值，主要從電池、組件、系統(tǒng)三個(gè)方面來實(shí)現(xiàn)。從組件端來看，主要方法是使用特殊玻璃而非普通鈉鈣玻璃和高電阻率的封裝材料做成，但這使得組件的成本大大提高；從系統(tǒng)端來看，主要方法是組件邊框接地、逆變器直流段負(fù)極接地等，但這些方法只能緩慢PID衰減的速度；從電池端來看，改變電池片鈍化減反射膜層的工藝是主要研究方向之一。改變電池減反射層的折射率會(huì)降低電池片的發(fā)電效率，在不提高生產(chǎn)成本并且基本不降低效率的情況下，達(dá)到抗PID目的是文章研究的主要內(nèi)容。

2 實(shí)驗(yàn)部分

2.1 原理分析

PID現(xiàn)象和電池片表面的減反射膜的折射率有關(guān)，提高反射層的折射率可以有效地降低PID現(xiàn)象的發(fā)生。含Si多的減反層比含N多的減反層更可以抵抗PID現(xiàn)象。實(shí)驗(yàn)表明：當(dāng)折射率小于2.08后，組件很難通過PID測試；當(dāng)減反射膜的折射率大于2.12后，PID現(xiàn)象不再被觀察到。通過調(diào)整工藝參數(shù)，提高折射率至2.12，從而可達(dá)到抗PID的目標(biāo)。

2.2 實(shí)驗(yàn)工藝對比

2.2.1 生產(chǎn)工藝實(shí)驗(yàn)。采用生產(chǎn)工藝配方（詳見下表1）進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，測試電池片的折射率、色差、效率和衰減情況，分階段進(jìn)行小批量、整線和全線測試。

表1 生產(chǎn)工藝配方

采用生產(chǎn)工藝，生產(chǎn)片折射率可以達(dá)到要求：在2.12-2.20范圍內(nèi)，但衰減為0.8%，且存在一定比例的明顯色差片，四周深藍(lán)中間淡藍(lán)或者四周發(fā)藍(lán)中間發(fā)白（見圖1a和1b）。經(jīng)過分析這可能是由第一層時(shí)間過長、制絨不均勻等情況造成的Si含量高時(shí)，起到了一種類似飽和的效果Si原子傾向于從硅片中間向四周擴(kuò)散沉積。

2.2.2 抗PID工藝實(shí)驗(yàn)。對生產(chǎn)配方進(jìn)行優(yōu)化（即抗PID工藝），提升折射率至2.13以上，測試其折射率、色差、效率和衰減情況。

采用抗PID工藝后，折射率可以達(dá)到要求：在2.13-2.21內(nèi)。效率雖與生產(chǎn)片相比降低了0.1%左右，衰減為0.6%，衰減方面兩者相當(dāng)。但抗PID工藝鍍膜均勻性較好，不存在的色差（見圖2）。實(shí)驗(yàn)表明，增加第一層折射率及較薄的膜厚（整體沉積時(shí)間較少）對于降低PID效應(yīng)有重要的影響，但是較薄的膜厚表明第一層沉積時(shí)間的增加，這對于控制色差是不利的，在綜合了衰減及色差影響后，第一層沉積時(shí)間控制在230s（比生產(chǎn)工藝少40s），總體沉積時(shí)間在630s，膜厚在80nm左右，光學(xué)膜厚在180nm左右。

2.3 衰減結(jié)果與轉(zhuǎn)換效率

圖3中對抗PID工藝與生產(chǎn)工藝生產(chǎn)的電池片效率進(jìn)行了對比，藍(lán)色的為抗PID工藝，紅色的生產(chǎn)工藝?？筆ID工藝電池片平均效率為17.75%，生產(chǎn)片平均效率為17.83%，降低了0.08%。從多日的電池片數(shù)據(jù)分析看，抗PID工藝效率比生產(chǎn)片低0.07-0.1%。跟蹤了多日的組件衰減情況，抗PID工藝電池片與生產(chǎn)片衰減持平。這與業(yè)內(nèi)認(rèn)同的抗PID工藝衰減略低于生產(chǎn)片結(jié)果相一致。

圖3 抗PID工藝對效率的影響

3 結(jié)束語

（1）在雙層膜工藝基礎(chǔ)上，通過調(diào)整沉積時(shí)間和氣體流量，能提升電池片的折射率至2.13；（2）抗PID工藝電池片效率比生產(chǎn)片低0.1%左右，衰減結(jié)果一致；（3）采用抗PID工藝解決了多晶電池片邊緣發(fā)白的問題，產(chǎn)線合格率提高了1%左右。

參考文獻(xiàn)

[1]Berghold J，F(xiàn)rank O，Hoehne H，et al.Potential induced degrada-tion of solar cells and panels[A].25th European Photovoltaic SolarEnergy Conference and Exhibition/5th World Conference on Photo-voltaic Energy Conversion[C].Spain，Valencla，2010.

[2]del Cueto J A，McMahon T J.Analysis of leakage currents in photovoltaic modules under high-voltage bias in the field[J].Progress in Photovoltaics： Research and Applications，2002，10（1）：15-28.endprint