双面电池组件PID失效问题-姜倩-solarbe文库

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www.spic.com.cn 双面电池组件 PID失效问题分析国家电投集团西安太阳能电力有限公司姜倩 Company Logo PID问题解决方案 PID影响因素双面组件 PID失效分析公司简介目录公司简介国家电投集团西安太阳能电力有限公司是黄河上游水电开发有限责任公司的全资子公司，是国家电力投资集团的三级单位。成立于 2009年 3月，经营太阳能光伏硅片、电池、组件及配套产品的开发、制造、销售和太阳能光伏电站工程设计及技术咨询、技术服务。依托黄河公司优势，太阳能公司积极与光伏产业链上下游保持战略协同发展。目前西安、西宁两地已形成 8000万片单晶硅片、 800MW电池（ 400兆瓦 PERC高效电池）及 400MW组件的产能规模。运营西安厂区 1MWp“金太阳工程” 分布式电站和西宁厂区 810KWp分布式电站。公司简介 P型 N型电池工艺 PERC是利用 SiNx或 Al2O3在电池背面形成钝化层，作为背反射层，增加长波光的吸收，同时将 P-N极间的电势差最大化，降低电子复合，提升转化效率。 PERT 是钝化发射极背表面全扩散，背面浅磷扩散形成后表面场（ BSF），正面硼扩散形成 PN结 ,前表面 Al2O3形成钝化层，双面镀 SiNx减反钝化层，增加光的吸收。 Company Logo PID问题解决方案 PID影响因素双面组件 PID失效分析公司简介目录 PID 测试潜在电势诱导衰减（ potential Induced Degradation。极化、电解腐蚀和电化学腐蚀。组件长期在高电压工作，在盖板玻璃、封装材料、边框之间存在漏电流，大量电荷聚集在电池片表面，使得电池片表面的钝化效果恶化，导致填充因子、短路电流、开路电压降低，使组件性能低于设计标准。 PID测试目的验证组件经受高强度电压性能变化的能力。标准 IEC TS 62804-1 2015 Method a 环境箱测试，模拟边框接地 b 导电薄膜覆盖模拟测试备注负偏压连接组件两端子短接后接电源负极，边框接电源正极双面组件 PID失效分析  PID测试双面组件 PID失效分析太阳能电池内 p-n结分流，如果通过电池片的电压为负压 , 边框正偏压 , 既光伏组件在受到负偏压时，则漏电阳极离子流入电池片 , 半导体内出现了杂质，这些杂质会形成电池内部的导电通道，降低电池的并联电阻。 FIRST 组件的边缘部分容易有水气进入， EVA发生水解后会生成醋酸，醋酸和玻璃中的 Na，可以生成大量的自由移动的 Na，玻璃表面的钠离子会通过封装材料迁移至电池表面，会与电池片表面的银栅线发生电腐蚀反应，从而腐蚀电池栅线，导致填充低、串联电阻高，组件性能衰减，此类衰减不可恢复。 POE属于非极性分子为饱和键不易水解且水汽透过率低，体积电阻率大，很大程度上可以阻隔正电荷离子（比如 Na）向电池片表面迁移速率，在一定程度上降低 PID现象。 SECOND 指组件长期在高电压工作，在盖板玻璃、封装材料、边框之间存在漏电流，大量电荷聚集在电池片形成了与钝化场相反的电场，使得电池片表面的钝化效果恶化，此类极化效应导致填充因子、短路电流、开路电压降低，使组件性能低于设计标准，但此衰减是可逆的。 THIRD  PID衰减三种模式双面组件（ N-PERT） PID测试前照片双面组件（ N-PERT） PID测试后照片 PID测试后外圈与测试前对比明显发黑，原因在于电压加在边框上，越靠近边框电池受到的电势越大， PID会越严重。双面组件 PID失效分析  PID失效 EL特征  在偏压下金属边框对电池片形成的强电场的分布和大小双面组件 PID失效分析越靠近边框，电场强度越高，电势越大。 N-PERT负偏压 PID测试数据 N-PERT正偏压 PID测试数据双面组件 PID失效分析  N-PERT测试数据对比从 N-PERT双面组件测试数据来看，负偏压衰减大于正偏压 ,正偏压下衰减＜ 0.5，负偏压下背面衰减＜ 5 ，正面有＞ 5的情况。 Company Logo www.themegallery.com N-PERT组件在正偏压的条件下，衰减明显低于负偏压的情况。原因此时电池片的电压为正偏压，边框负偏压，在电势差的影响下，阳极离子流出电池片 , 在 p-n结附近没有形成漏电通道，同时玻璃中析出的 Na离子向低电势端移动，阻隔了向电池片表面富集。测试结果讨论 N-PERT组件在负偏压的条件下，正面的衰减大于 5且明显高于背面的衰减，对比 96h和 192h， 96h明显小于 192h的衰减。说明组件在高温高湿、负偏压下随着时间的累积封装材料对电池片的保护作用会减弱。双面组件 PID失效分析  N-PERT测试结果讨论 P-PERC负偏压 PID测试数据 P-PERC正偏压 PID测试数据从 P-PERC双面组件测试数据来看，负偏压衰减大于正偏压，这点和 N-PERT表现相同。同时也证实 PID的失效主要发生在负偏压的情况下， PID的失效风险主要在背面。双面组件 PID失效分析  PERC测试数据对比 N-PERT电池片正面为场钝化， Al2O3具有较高负电荷密度，可以通过屏蔽电子提高载流子效率，但由于负偏压下正面富集的阳离子形成了由 P→N 的电场方向，减弱了原场钝化效果，而背面为 SiO2化学钝化，其中含有高密度的固定正电荷，对阳离子有一定的排斥作用，会减弱一部分阳离子的富集，对钝化的效果影响较小。双面 PERC电池片正面为化学钝化，其氮化硅中含有高密度的固定正电荷，减弱阳离子的富集；但是背面为场钝化，其 Al2O3/Si接触面具有较高固定负电荷密度，背面阳离子的富集，形成了 P→ P场效应，减弱了原场钝化效果。双面组件 PID失效分析  双面组件 PID正背面差异 P型背面衰减大于正面 N型正面衰减大于背面 PID的失效主要发生在负偏压的情况下，与电池片的类型无关，衰减程度与电池 P型和 N型正电极面有关，且从实测数据可以证实电荷聚集破坏主要是在正极面，也就是 N型的正面或 P型的背面。破坏途径是漏电阳极离子流入电池片内部作为杂质形成电池内部的漏电通道，封装材料间存在漏电流，大量正电荷聚集在 N型电池片正面 P型的背面，使得电池片正面的钝化效果恶化，导致组件性能衰减。双面组件 PID失效分析 N/P型 PID失效原因 N/P型 PID原理差异  PID失效原因总结 N型衰减风险在正面， P型衰减风险在背面，由于 P、 N电池的 PN结都在上表面， N型因漏电阳离子聚集形成的削弱场离 PN结更近，载流子受到的影响更大， PID问题更突出。样品类型正面衰减背面衰减施加电压正面衰减背面衰减施加电压 P-PERC双玻 0.33 0.44 1500 0.9 1.1 -1500 N-PERT双玻 0.12 0.25 1500 8.07 3.1 -1500 P-PERC透明背板 EVA 0.3 0.02 1500 1.52 1.84 -1500 P-PERC透明背板 EVAPOE 1.07 1.36 1500 0.97 0.76 -1500 不同类型组件 PID测试数据对比对比双面双玻 N-PERT与 P-PERC双面组件测试数据，双玻封装 N-PERT比 P-PERC明显衰减高 . 证实了 N型正面 P→ N的削弱钝化场离 PN结更近，影响更大。作为解决 PID问题的透明背板材料搭配 EVA比常规衰减高，只有搭配 POE衰减水平才相对理想。由于 N型主要风险在正面，采用透明背板并不能解决 PID问题，反而透明背板水透高，漏电阳离子进入深度会更深，表面复合会增多。双面组件 PID失效分析  不同类型组件及材料封装数据对比 Company Logo PID问题解决方案 PID影响因素双面组件 PID失效分析公司简介目录 Company Logo www.themegallery.com 折射率减反膜折射率大 SiN4致密性强，对离子的阻隔能力强，抗 PID性能上升电阻率晶体基材电阻率 N型硅片的电阻率比 P型范围宽，电阻率较小的电池片中存在较强的 PID现象，电池类型电池片 P型和 N型的正负电极方向差异， N型 PN结离正电极近，在负片压的情况下， N型钝化效果影响更大。 PID影响因素  电池片的差异对于背板而言，外层的氟膜为 PVF透明薄膜，为氟与碳的共聚物，比任何聚合物具有更大的化学结合力和结构稳定性，中间层为 PET，虽然易水解，但是水解的产物为对苯二甲酸与醇类物质，对苯二甲酸难溶于水，较难电离出带正电荷的离子。相对于钠钙玻璃 PID现象会减弱。优势劣势由于透明背板中的氟膜没有钛白粉的添加，其阻隔紫外线的能力可能会受到影响，失去氟膜的保护 PET层容易断裂发黄，水汽透过率将增大。使用红外法测试透明背板的水汽透过率为 1.95g/㎡.天，而玻璃的水汽透过率几乎为零，相比之下，通过背板进入电池片正面的水汽就较难扩散出去其正面的 PID现象会略有升高，根据实验数据来看上下层搭配 EVA的升高趋势更明显。 PID影响因素  透明背板影响对比样品信息 1） P-PERC 单玻透明背板 TPTPOE 2） N-PERT 单玻透明背板 TPTPOE 3） P-PERC 双玻 POE 不同电池及不同封装材料做 48小时 HAST老化实验，对比前后功率衰减。  透明背板与双玻封装抗湿热差异 PID影响因素 4.24 1.46 -0.56 -2.94 0.29 -3.96 -5.00 -4.00 -3.00 -2.00 -1.00 0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 HAST老化测试后衰减率从上述数据可以看出 P型透明背板在高温高湿老化测试后比 N型衰减高， P型透明背板对比 P双玻衰减较高 , 主要是因为透明背板水汽透过率高。 PID影响因素分析  透明背板与双玻封装抗湿热差异 Company Logo PID问题解决方案 PID影响因素双面组件 PID失效分析公司简介目录制定实施计划 1 2 3 4 电池减反膜折射率影响组件的抗 PID性能，通过优化电池表面的钝化层， SiN4的致密性，在保证效率的前提下，制备更致密的保护层。有利于 PID性能的提升。电池片的影响环境方面的影响组件封装材料的影响逆变器的影响 PID问题解决方案  PID预防和解决框架图制定实施计划 PID问题解决方案  PID预防和解决框架图 2 3 4 减少漏电流的通道，选用含钠离子少的玻璃，也可以选择透明背板，阻隔性高的 POE，密封性优的胶等是防止 PID发生的途径。透明背板主要是对 P-PERC 组件 PID问题解决， N型 PN结在正面。 N型的 PN结区域受影响程度大， N型的解决主要依靠于封装材料的保护，高阻隔能力的 POE是有效解决方法之一。电池片的影响环境方面的影响组件封装材料的影响逆变器的影响 1 制定实施计划 PID问题解决方案  PID预防和解决框架图 3 4 逆变器负极输出端与组件都位于负偏压条件下 ,组件与逆变器负极输出端的距离越小 , 效应就越显著 ;若逆变器的正极输出端和组件都是在正偏压的条件下 ,光伏组件位置不影响 PID现象 ,且此时的 PID现象不明显。对于系统原因造成的 PID现象 ,可以通过组件和逆变器的负极输出端进行接地的方法来降低。电池片的影响环境方面的影响组件封装材料的影响逆变器的影响 1 2 制定实施计划 PID问题解决方案  PID预防和解决框架图 4 3 当环境温度增大时 ,会使得电池片中的反向饱和电流急速升高 ,从而使得漏电流迅速变大 ,PID现象加剧 ,即环境温度越高 ,PID现象就更明显。透明背板虽可以作为解决 P- PERC双玻 PID的方法，但透明背板封装在湿热条件下抗衰减能力比玻璃封装弱，建议透明背板组件安装在湿热环境下时应加湿的可靠性考量。电池片的影响环境方面的影响组件封装材料的影响逆变器的影响 1 2 国家电投集团西安太阳能电力有限公司 2018年 11月 8日