電暈法制備抗PID多晶硅太陽電池

江西瑞晶太陽能科技有限公司

新余市光伏產(chǎn)品及應(yīng)用工程技術(shù)研究中心

■ 熊大明 孫杰* Thangaraj Baskara Pandian 萬小強(qiáng) 龔海波

0 引言

晶體硅太陽電池?fù)碛袩o污染、模塊化、安裝維護(hù)簡單、工作壽命長達(dá)20～25年、運(yùn)行可靠等優(yōu)點(diǎn)，是一種十分理想的可再生清潔能源。在長期的濕熱環(huán)境中，組件持續(xù)接通-1000 V的電壓，會引起組件性能持續(xù)衰減，這樣造成衰減的機(jī)理被稱為電位誘發(fā)衰減，即PID效應(yīng)[1]。嚴(yán)重時組件的功率衰減超過50%，嚴(yán)重影響電站的功率輸出，因此PID現(xiàn)象越來越受到光伏行業(yè)的重視[2]?？梢灶A(yù)見，組件具有抗PID能力是未來行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的必然要求。在我們內(nèi)部實驗室同樣觀察到了由于PID效應(yīng)引起的非抗PID組件功率衰減，但從組件外觀上無法觀察到任何缺陷，只有通過EL測試和I-V測試才可以發(fā)現(xiàn)此問題的存在。

在電站實際運(yùn)營中發(fā)現(xiàn)，高溫高濕的外部環(huán)境是造成組件出現(xiàn)PID現(xiàn)象的最大原因。但外部環(huán)境是客觀存在的自然條件，我們無法改變，只能通過系統(tǒng)、組件、電池3方面來解決PID問題。從系統(tǒng)端來看，主要有邊框接地、逆變器直流端負(fù)極接地等，但這樣只能緩解PID現(xiàn)象而不能徹底解決；組件端需使用高阻抗的EVA和特殊玻璃，但提高了生產(chǎn)成本；從電池端看，制備更為致密的減反射膜是一種非常有效的抗PID方法。主要有兩種方法，一種是直接提高氮化硅膜的折射率，但會引起電池轉(zhuǎn)換效率下降；另一種是在鍍氮化硅膜前，使用笑氣或臭氧對硅片表面進(jìn)行氧化，生長一層致密的二氧化硅膜，以阻擋Na+遷移到p-n結(jié)。本文主要介紹使用電暈放電激發(fā)氧氣，生成的臭氧直接以氣流的方式對硅片表面進(jìn)行氧化處理的研究，達(dá)到抗PID的目的。

1 實驗方法

1.1 電暈放電產(chǎn)生臭氧的原理

人工生產(chǎn)臭氧的方法主要有電解法、紫外光照法和電暈放電法[3]。電暈放電法生產(chǎn)臭氧是大功率臭氧發(fā)生器的主要工作方法[4]且較為經(jīng)濟(jì)。此類臭氧發(fā)生器主要由臭氧管、高頻電源、風(fēng)機(jī)和控制系統(tǒng)組成。臭氧管原理示意圖如圖1所示。臭氧管中的氧氣在高壓電場的強(qiáng)電離作用下被高速運(yùn)動的電子撞擊分解成氧原子，高速電子具有足夠的動能，通過氧原子、氧分子及高速電子3體碰撞反應(yīng)形成臭氧，氧離子同氧分子之間的反應(yīng)式[5]為：

式中，M為除臭氧以外的其他氣體組分；Q為熱量。

圖1 臭氧管原理示意圖

1.2 電池和組件制作

筆者公司的多晶硅電池片正常生產(chǎn)流程如圖2所示，使用電暈放電臭氧氧化的生產(chǎn)流程如圖3所示。選擇相同廠家同一批號的硅片，用正常流程生產(chǎn)的電池片標(biāo)記為G1，使用電暈放電臭氧氧化工藝生產(chǎn)的電池片標(biāo)記為G2；使用G1組電池片生產(chǎn)的組件編號為M1，使用G2組生產(chǎn)2塊組件編號分別為M2和M3，組件生產(chǎn)使用相同的材料和工藝。

圖2 電池生產(chǎn)流程

圖3 臭氧氧化的電池生產(chǎn)流程

2 結(jié)果與討論

2.1 臭氧對電池轉(zhuǎn)換效率的影響

臭氧對電池轉(zhuǎn)換效率的影響見表1。由表1可知，G2組開路電壓上升但是短路電流下降，平均轉(zhuǎn)換效率無明顯變化，說明臭氧不影響電池轉(zhuǎn)換效率。

表1 臭氧對電池轉(zhuǎn)換效率的影響

2.2 組件抗PID性能研究

將組件M1、M2、M3進(jìn)行抗PID測試，引用第三方測試機(jī)構(gòu)TüV Rhineland測試標(biāo)準(zhǔn)，測試環(huán)境為：溫度85 ℃、相對濕度85%、電壓-1000 V、時間96 h。對經(jīng)過抗PID測試的組件進(jìn)行I-V測試，測試結(jié)果見表2。

表2 經(jīng)過96 h 85℃/85% RH/-1000 V電壓測試后的組件功率輸出

由表2可知，未使用臭氧氧化電池片制作的組件M1功率下降達(dá)到了32.2%，而使用臭氧氧化電池片制作的2塊組件M2和M3功率下降分別只有3.35%和0.36%，達(dá)到了抗PID要求。

對組件進(jìn)行EL測試，組件經(jīng)過抗PID測試前后的EL圖像變化如圖4所示。可以看出，組件M1在經(jīng)過抗PID測試后大部分區(qū)域變成暗區(qū)，意味著已失去發(fā)電能力，這將嚴(yán)重影響組件的發(fā)電效率。而組件M2、M3經(jīng)過測試后并未出現(xiàn)暗區(qū)，組件性能未發(fā)生太大變化。

圖4 經(jīng)過96 h 85 ℃/85% RH/-1000 V電壓測試后的組件EL圖像

3 結(jié)論

本文研究了使用電暈放電制備抗PID多晶硅電池的一種方法。使用電暈放電的方式產(chǎn)生臭氧，在多晶硅片鍍氮化硅膜前對硅片進(jìn)行氧化處理，表面生長一層致密的二氧化硅膜，經(jīng)過這樣處理的電池片轉(zhuǎn)換效率不受影響，使用這種電池片制作的組件能通過雙85環(huán)境測試且抗PID性能良好。

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