p型PERC雙面單晶硅光伏組件的PID研究

摘 要：對p型PERC雙面單晶硅光伏組件在負(fù)偏壓、正偏壓下的電勢誘導(dǎo)衰減（PID）效應(yīng)進(jìn)行了深入研究，并對此類光伏組件背面發(fā)生PID效應(yīng)后的電性能恢復(fù)情況進(jìn)行了研究。研究結(jié)果表明：1）在-1500 V偏壓下進(jìn)行PID測試后，在標(biāo)準(zhǔn)測試條件（STC）下，96 h PID測試后此類光伏組件背面的電性能急劇下降，正面的電性能也受到明顯影響；在200 W/m2太陽輻照度條件下，此類光伏組件正面和背面的電性能損失更加明顯。將PID測試延長至480 h后，與96 h的測試結(jié)果相比，此類光伏組件背面的最大輸出功率、開路電壓和短路電流都有不同程度的回升。這是因?yàn)楫?dāng)太陽電池處于負(fù)偏壓時(shí)，正電荷被吸引到AlOx/SiNx鈍化疊層，并消除了鈍化層的場鈍化效應(yīng)；但是隨著更多的正電荷被困在AlOx/SiNx鈍化疊層中，太陽電池的背面產(chǎn)生了電子反轉(zhuǎn)層，最終導(dǎo)致太陽電池的有效載流子壽命增加。2）在+1500 V偏壓下進(jìn)行96 h的PID測試后，此類光伏組件正面的電性能衰減可忽略不計(jì)，背面的電性能甚至還略有提高。這是因?yàn)楫?dāng)太陽電池處于正偏壓時(shí)，負(fù)電荷被吸引到太陽電池的背面，然后積聚在AlOx/SiNx鈍化疊層中；這些負(fù)電荷有助于將硅片中的少數(shù)載流子（電子）從背面排斥出去，從而提高此類光伏組件的電性能。3）此類光伏組件背面的極化型PID（PID-p）效應(yīng)可以恢復(fù)，而且將光伏組件背面暴露在紫外線下可以大幅加快恢復(fù)的速度。對于實(shí)際在戶外運(yùn)行且具有大工作電壓的光伏發(fā)電系統(tǒng)而言，此類光伏組件背面受到PID-p效應(yīng)的影響最小甚至未受到其影響。

關(guān)鍵詞：PERC；雙面單晶硅光伏組件；電勢誘導(dǎo)衰減；電性能；偏壓

中圖分類號：TM914.4+1 " " " " "文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 "引言

降低光伏發(fā)電系統(tǒng)的成本是光伏發(fā)電領(lǐng)域研究的重點(diǎn)之一，而開發(fā)在一定面積上可以產(chǎn)生更高輸出功率的高效光伏組件為實(shí)現(xiàn)降低成本的重要方法之一。雙面光伏組件是一種高效光伏組件，由于其背面也能夠吸收光線并發(fā)電，因此在一定太陽輻照度條件下，雙面光伏組件的發(fā)電量明顯高于傳統(tǒng)的單面光伏組件[1]。與單面光伏組件相比，雙面光伏組件的輸出功率在很大程度上取決于其安裝位置的地面方案設(shè)計(jì)和環(huán)境條件，研究顯示，不同地面方案設(shè)計(jì)可以給實(shí)際光伏電站帶來5%～25%的發(fā)電增益[2]。隨著光伏技術(shù)的快速發(fā)展，雙面光伏組件的市場份額逐年提高。目前，p型PERC雙面單晶硅光伏組件已經(jīng)成為市場主流的雙面光伏組件類型之一。

光伏組件中存在導(dǎo)致功率損失的電勢誘導(dǎo)衰減（potential induced degradation，PID）效應(yīng)。當(dāng)前，已確認(rèn)在晶體硅光伏組件中有兩種PID效應(yīng)，分別為分流型（PID-s）和極化型 （PID-p）[3-4]。PID-s效應(yīng)經(jīng)常出現(xiàn)在p型晶體硅光伏組件中，當(dāng)光伏組件處于負(fù)偏壓條件下，PID-s效應(yīng)對其填充因子FF的影響較大，而對短路電流Isc和開路電壓Voc的影響相對較小[4]。這是因?yàn)樵谪?fù)偏壓條件下，光伏玻璃中的鈉離子（Na+）遷移到n+-p結(jié)的晶體缺陷處，造成太陽電池的顯著分流，導(dǎo)致其光電轉(zhuǎn)換效率降低，最終導(dǎo)致光伏組件具有明顯的填充因子損失[5-6]。PID-p效應(yīng)經(jīng)常出現(xiàn)在n型晶體硅光伏組件中，該效應(yīng)對光伏組件的短路電流和開路電壓的影響較大，而對填充因子的影響相對較小[7-8]。PID-p效應(yīng)與硅片表面鈍化層的退化有關(guān)，由于電荷在減反射（AR）層或鈍化層中積累，導(dǎo)致少數(shù)載流子被吸引到硅片表面，從而導(dǎo)致硅片表面重組速度增加[9]。

目前針對p型PERC雙面單晶硅光伏組件背面PID效應(yīng)的研究較少，此類光伏組件中的太陽電池有1個(gè)n+-p結(jié)，相關(guān)研究證實(shí)，p型PERC雙面單晶硅光伏組件的電性能容易受到PID-s效應(yīng)的影響[10]。基于此，本文通過實(shí)驗(yàn)，對p型PERC雙面單晶硅光伏組件在負(fù)偏壓、正偏壓下的PID效應(yīng)進(jìn)行深入研究，并對此類光伏組件背面發(fā)生PID效應(yīng)后的電性能恢復(fù)情況進(jìn)行研究。

1 "實(shí)驗(yàn)

1.1 "樣品準(zhǔn)備

本文所有實(shí)驗(yàn)樣品均采用同一類型的商用p型PERC雙面單晶硅光伏組件 （下文簡稱為“光伏組件樣品”），所有光伏組件均已完成穩(wěn)定性測試，測試依據(jù)為IEC 61215-1： 2021《Terrestrial photovoltaic （PV） modules——Design qualification and type approval——Part 1： Test requirements》、IEC 61215-1-1： 2021《Terrestrial photovoltaic （PV） modules——Design qualification and type approval——Part 1-1： Special requirements for testing of crystalline silicon photovoltaic （PV） modules》和IEC 61215-2： 2021《Terrestrial photovoltaic （PV） modules——Design qualification and type approval——Part 2： Test procedures》。所有光伏組件在實(shí)驗(yàn)前均進(jìn)行了電致發(fā)光（EL）檢測，確保所有光伏組件中的太陽電池不存在隱裂、黑片等缺陷。

1.2 "實(shí)驗(yàn)設(shè)備

主要實(shí)驗(yàn)設(shè)備包括：瞬態(tài)3A級太陽光模擬器 （最大脈沖寬度為100 ms）、環(huán)境試驗(yàn)箱、PID電源、紫外試驗(yàn)箱等。

1.3 "實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

根據(jù)IEC TS 62804-1： 2015《Photovoltaic （PV） modules——Test methods for the detection of potential-induced degradation——Part 1： Crystalline silicon》的要求進(jìn)行PID測試，將光伏組件樣品置于環(huán)境試驗(yàn)箱中，對其施加1500 V的電壓。這是因?yàn)榇穗妷褐禐閜型PERC單晶硅光伏組件的最大系統(tǒng)電壓值，在光伏電站實(shí)際應(yīng)用中，光伏組串的整體最大電壓不能超過該值，且一般情況為負(fù)偏壓，因此，在研究p型PERC單晶硅光伏組件的PID效應(yīng)時(shí)，應(yīng)使用最大系統(tǒng)電壓值。環(huán)境試驗(yàn)箱的溫度設(shè)定為85 ℃、相對濕度（RH）設(shè)定為85%。

為了測量PID效應(yīng)對p型PERC單晶硅光伏組件造成的電性能損失，從環(huán)境試驗(yàn)箱中取出PID測試后的光伏組件樣品，采用瞬態(tài)3A級太陽光模擬器在標(biāo)準(zhǔn)測試條件（STC）和200 W/m2的低太陽輻照度條件下對其進(jìn)行I-V測試。根據(jù)IEC TS 60904-1-2： 2019《Photovoltaic devices——Part 1-2： Measurement of current voltage characteristics of bifacial photovoltaic （PV） devices》的規(guī)定，測試時(shí)在光伏組件樣品背光的一面采用黑色布匹作為背景，使測試條件滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

以上實(shí)驗(yàn)完成后，對p型PERC單晶硅光伏組件發(fā)生PID效應(yīng)后的恢復(fù)過程進(jìn)行研究。將光伏組件樣品放置在兩種不同的條件下進(jìn)行恢復(fù)實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)條件分別為：1）將光伏組件樣品放置在環(huán)境試驗(yàn)箱中，溫度設(shè)定為50 ℃、無光源 （下文簡稱為“50 ℃黑暗實(shí)驗(yàn)條件”），共放置3天。2）將光伏組件樣品放置在紫外試驗(yàn)箱中，使用紫外光源照射光伏組件樣品的背面（下文簡稱為“背面紫外照射實(shí)驗(yàn)條件”）。此實(shí)驗(yàn)中，光伏組件樣品累計(jì)接收的紫外輻照量為15.0 kWh/m2，光照強(qiáng)度約為160 W/m2（其中有8.4%的輻照波長在280～320 nm之間），光伏組件工作溫度保持在60 ℃左右。在上述兩種恢復(fù)實(shí)驗(yàn)中，光伏組件樣品均未被施加電壓；對光伏組件樣品進(jìn)行I-V測試，以監(jiān)測其電性能恢復(fù)過程。

2 "實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 "在負(fù)偏壓下的PID效應(yīng)

取3塊光伏組件樣品放置在85 ℃溫度、85% RH條件的環(huán)境試驗(yàn)箱中，在-1500 V偏壓 （即光伏組件中的太陽電池處于負(fù)偏壓）下進(jìn)行PID測試，測試時(shí)長分別為96、192、288、384、480 h（其中，96 h為標(biāo)準(zhǔn)的PID測試時(shí)長）。在不同測試時(shí)長后取出光伏組件樣品，分別在STC和200 W/m2太陽輻照度的條件下進(jìn)行I-V測試，得到此PID測試時(shí)長下光伏組件樣品的電性能參數(shù)；然后以光伏組件樣品電性能參數(shù)初始值為標(biāo)準(zhǔn)，計(jì)算電性能參數(shù)測量值與初始值的比例 （下文簡稱為“占比”），從而得到各電性能參數(shù)的衰減比例（初始值均默認(rèn)為100%），具體如圖1所示。為確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性：1）同時(shí)對3塊光伏組件樣品進(jìn)行以上測試；2）圖中數(shù)值均為3塊光伏組件樣品測試數(shù)據(jù)的平均值；3）各電性能參數(shù)的占比均為歸一化值。

從圖1可以看出，在負(fù)偏壓下進(jìn)行PID測試后：

1）光伏組件樣品正面的電性能受到很大影響。經(jīng)過96 h的PID測試后，在STC下，光伏組件樣品正面的最大輸出功率下降了6.11%，這主要是由于其開路電壓和短路電流分別下降了2.61%和2.88%；相比之下，在200 W/m2太陽輻照度條件下，光伏組件樣品正面的電性能受到的影響更大，其最大輸出功率、開路電壓和短路電流分別下降了8.97%、3.43%和4.13%。而光伏組件樣品正面的填充因子受到的影響較小，在STC和200 W/m2太陽輻照度條件下其分別降低了0.74%和1.69%。PID測試時(shí)長分別延長至192、288、384、480 h后，無論是在STC還是在200 W/m2太陽輻照度條件下，光伏組件樣品正面的最大輸出功率、開路電壓和短路電流的衰減均保持同一趨勢，衰減程度基本保持不變。

以上實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)充分說明，光伏組件樣品正面產(chǎn)生了導(dǎo)致n+-p結(jié)上分流的PID-s效應(yīng)。與STC的測試結(jié)果相比，在200 W/m2太陽輻照度條件下，PID-s效應(yīng)導(dǎo)致的光電轉(zhuǎn)換效率損失更為嚴(yán)重，這是因?yàn)殡S著光電流的減少，分流路徑的載流子損失對低太陽輻照度條件下的光電轉(zhuǎn)換效率變得更加重要。

2）光伏組件樣品背面的電性能急劇下降。經(jīng)過96 h的PID測試后，在STC下，光伏組件樣品背面的最大輸出功率下降了26.93%，這主要是由于其開路電壓、短路電流和填充因子分別下降了3.25%、19.20%和6.58%；相比之下，在200 W/m2太陽輻照度條件下，光伏組件樣品背面的電性能衰減更為明顯，其最大輸出功率、開路電壓、短路電流和填充因子分別下降了38.98%、4.03%、27.21%和12.82%。PID測試時(shí)長分別延長至192、288、384、480 h后，在STC下，分別與96 h的測試結(jié)果相比，光伏組件樣品背面的最大輸出功率、開路電壓和短路電流的衰減均有不同程度的回升，而填充因子卻是先升高后下降；在200 W/m2太陽輻照度條件下，分別與96 h的測試結(jié)果相比，光伏組件樣品的最大輸出功率、開路電壓和短路電流的衰減同樣有不同程度的回升，填充因子同樣也是先升高后下降。

在光伏電站現(xiàn)場，與雙面光伏組件樣品正面接收的太陽輻照量相比，其背面接收的太陽輻照量通常只是一小部分[11]，因此一旦p型PERC雙面單晶硅光伏組件產(chǎn)生了PID效應(yīng)，那么雙面光伏組件相對于單面光伏組件的發(fā)電量優(yōu)勢就可能會被抵消。

SunPower公司在晶體硅光伏組件中首次觀察到了PID-p效應(yīng)，該光伏組件采用高效n型背接觸晶體硅太陽電池，表面鈍化采用SiO2。根據(jù)Swanson等[7]的研究，當(dāng)n型背接觸晶體硅太陽電池受到高正電壓時(shí)，泄漏電流會通過乙烯-醋酸乙烯 （EVA）膜和玻璃蓋板從太陽電池泄漏到光伏組件鋁邊框的接地點(diǎn)，從而導(dǎo)致負(fù)電荷在減反射層表面積累。由于SiO2/SiNx鈍化疊層的電阻率很高，負(fù)電荷會被困在鈍化疊層中，因此，太陽電池正面產(chǎn)生的帶正電荷的空穴不會被太陽電池的p-n結(jié)收集，而是會被鈍化疊層中的負(fù)電荷吸引到太陽電池正面的減反射層，在那里與電子重新結(jié)合，這會導(dǎo)致太陽電池的表面重組增加，從而降低了太陽電池的短路電流和開路電壓。除此之外，光伏組件中太陽電池之間的參數(shù)不匹配也會造成顯著的填充因子損失，從而導(dǎo)致光伏組件光電轉(zhuǎn)換效率的顯著損失。

根據(jù)圖1中光伏組件樣品背面I-V測試的數(shù)據(jù)變化，認(rèn)為其背面電性能產(chǎn)生衰減并能夠回升的部分原因是其背面產(chǎn)生了PID-p效應(yīng)。背面玻璃的正電荷（比如：Na+）可能在負(fù)偏壓下遷移到減反射層和AlOx/SiNx鈍化疊層中，導(dǎo)致太陽電池背面的表面極化[3，12]。鈍化層的作用之一是通過降低表面載流子復(fù)合來提高太陽電池的光電轉(zhuǎn)換效率，而AlOx/SiNx鈍化疊層的主要機(jī)理是在太陽電池背面的表面營造出電場，以排斥相同極性的載流子，從而提高其場鈍化效應(yīng)。與96 h的PID測試結(jié)果相比，PID測試時(shí)長分別延長到192、288、384、480 h后，光伏組件樣品背面的最大輸出功率、開路電壓和短路電流的衰減均有不同程度的回升，這是因?yàn)楫?dāng)正電荷遷移到AlOx/SiNx鈍化疊層時(shí)，會削弱AlOx層的場鈍化效果[13]。隨著更多的正電荷在AlOx/SiNx鈍化疊層中積累，硅片中的少數(shù)載流子 （電子）被吸引到太陽電池的背面，從而可以很容易地與表面的多數(shù)載流子 （空穴）重新結(jié)合，而這又會導(dǎo)致最大輸出功率、開路電壓和短路電流的進(jìn)一步損失。此外，隨著正電荷繼續(xù)遷移到AlOx/SiNx鈍化疊層中，太陽電池的背面會產(chǎn)生電子反轉(zhuǎn)層，在這種情況下，多數(shù)載流子 （空穴）被推離太陽電池背面，只留下少數(shù)載流子（電子），導(dǎo)致太陽電池背面表面載流子復(fù)合速度降低，太陽電池的有效載流子壽命增加。

2.2 "在正偏壓下的PID效應(yīng)

將兩塊光伏組件樣品 （分別記為“1#樣品”和“2#樣品”）放置在85 ℃溫度、85% RH條件的環(huán)境試驗(yàn)箱中，在+1500 V偏壓 （即光伏組件中的太陽電池處于正偏壓）下進(jìn)行PID測試，測試時(shí)長為96 h。測試后取出光伏組件樣品，在STC下進(jìn)行I-V測試，得到此時(shí)的電性能參數(shù)，并與光伏組件樣品的電性能參數(shù)初始值進(jìn)行對比，結(jié)果如表1所示。為確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，同時(shí)對兩塊光伏組件樣品進(jìn)行以上測試。表中：Vmp為最大功率點(diǎn)電壓；Imp為最大功率點(diǎn)電流。

從表1可以看出：在正偏壓下經(jīng)過96 h的PID測試后，兩塊光伏組件樣品正面的電性能基本沒有變化，而背面的電性能還略有提高。這是因?yàn)楫?dāng)太陽電池處于正偏壓時(shí)，負(fù)電荷被吸引到太陽電池背面，然后積聚在AlOx/SiNx鈍化疊層中；這些負(fù)電荷有助于將硅片中的少數(shù)載流子 （電子）從背面排斥出去，從而提高了此類光伏組件的電性能。

2.3 nbsp;PID效應(yīng)的恢復(fù)實(shí)驗(yàn)

另外選擇兩塊發(fā)生了PID效應(yīng)的光伏組件樣品進(jìn)行PID效應(yīng)恢復(fù)實(shí)驗(yàn)，這兩塊光伏組件樣品的電性能衰減程度相似，且背面的功率損失率都約為78%。恢復(fù)實(shí)驗(yàn)分別在50 ℃黑暗實(shí)驗(yàn)條件和背面紫外照射實(shí)驗(yàn)條件下進(jìn)行，測試兩塊光伏組件樣品背面最大輸出功率的恢復(fù)情況，具體如圖2所示。為確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，圖中的最大輸出功率占比均為歸一化值。

從圖2可以看出：

1）對比不同恢復(fù)實(shí)驗(yàn)條件下光伏組件樣品背面最大輸出功率的恢復(fù)情況，發(fā)現(xiàn)紫外線加速了光伏組件樣品背面PID-p效應(yīng)的恢復(fù)過程。在背面紫外照射實(shí)驗(yàn)條件下，光伏組件樣品背面暴露在紫外線下，累積接收15.0 kWh/m2的紫外輻照量后，其背面的最大輸出功率占比由初始值的78.29%恢復(fù)至初始值的88.13%。

前文分析可知，光伏組件樣品背面的功率損失是由于背面玻璃的正電荷（比如：Na+）可能在負(fù)偏壓下遷移到AlOx/SiNx鈍化疊層中，導(dǎo)致背面表面極化造成的；另外在文獻(xiàn)[14]中，詳細(xì)記錄了SiNx層中正電荷的不穩(wěn)定性。因此，在背面紫外照射實(shí)驗(yàn)條件下，當(dāng)光伏組件樣品在高溫（60 ℃）下靜置時(shí)，AlOx/SiNx鈍化疊層的光電導(dǎo)性隨著光照強(qiáng)度的增加而增加；隨著更多的正電荷從SiNx層中釋放出來，光伏組件樣品背面的電性能有顯著提高。這說明由PID-p效應(yīng)引入的正電荷可以很容易地從AlOx/SiNx鈍化疊層中釋放出來，因此在實(shí)際戶外應(yīng)用中，此類光伏組件背面受到PID-p效應(yīng)的影響最小甚至未受到其影響。

2）在50 ℃黑暗實(shí)驗(yàn)條件下，2天后光伏組件樣品背面的最大輸出功率由初始值的77.87%恢復(fù)至初始值的80.75%。Ay等[15]的研究結(jié)論表明：在環(huán)境溫度為300 K時(shí)，不同氮濃度的氫化無定形AlOx/SiNx鈍化疊層的穩(wěn)態(tài)光導(dǎo)率隨著光照強(qiáng)度的變化而不同，這說明了光伏組件樣品背面最大輸出功率恢復(fù)的原因。

3 "結(jié)論

本文對p型PERC雙面單晶硅光伏組件在負(fù)偏壓、正偏壓下的PID效應(yīng)進(jìn)行了深入研究，并對此類光伏組件背面發(fā)生PID效應(yīng)后的電性能恢復(fù)情況進(jìn)行了研究，得到以下結(jié)論：

1）在-1500 V偏壓下進(jìn)行PID測試后，在STC下，96 h測試后此類光伏組件背面的電性能急劇下降，其最大輸出功率、開路電壓和短路電流分別下降了26.93%、3.25%和19.20%；此類光伏組件正面的電性能也受到明顯影響，其最大輸出功率、開路電壓和短路電流分別下降了6.11%、2.61%和2.88%。在200 W/m2太陽輻照度條件下，此類光伏組件正面和背面的電性能損失更加明顯。將PID測試延長至480 h后，與96 h的測試結(jié)果相比，此類光伏組件背面的最大輸出功率、開路電壓和短路電流都有不同程度的回升。這是因?yàn)楫?dāng)太陽電池處于負(fù)偏壓時(shí)，正電荷被吸引到AlOx/SiNx鈍化疊層，并消除了鈍化層的場鈍化效應(yīng)；但是隨著更多的正電荷被困在AlOx/SiNx鈍化疊層中，太陽電池的背面產(chǎn)生了電子反轉(zhuǎn)層，最終導(dǎo)致太陽電池的有效載流子壽命增加。

2）在+1500 V偏壓下進(jìn)行96 h的PID測試后，此類光伏組件正面的電性能衰減可忽略不計(jì)，背面的電性能甚至還略有提高。這是因?yàn)楫?dāng)太陽電池處于正偏壓時(shí)，負(fù)電荷被吸引到太陽電池的背面，然后積聚在AlOx/SiNx鈍化疊層中；這些負(fù)電荷有助于將硅片中的少數(shù)載流子（電子）從背面排斥出去，從而提高此類光伏組件的電性能。

3）此類光伏組件背面的PID-p效應(yīng)可以恢復(fù)，而且將光伏組件背面暴露在紫外線下可以大幅加快恢復(fù)的速度。對于實(shí)際在戶外運(yùn)行且具有大工作電壓的光伏發(fā)電系統(tǒng)而言，此類光伏組件背面受到PID-p效應(yīng)的影響最小甚至未受到其影響。

[參考文獻(xiàn)]

[1] BHANG B G，LEE W，KIM G G，et al. Power performance of bifacial c-Si PV modules with different shading ratios[J]. IEEE journal of photovoltaics，2019，9（5）：1413-1420.

[2] YUSUFOGLU U A，PLETZER T M，KODUVELIKULATHU L J，et al. Analysis of the annual performance of bifacial modules and optimization methods[J]. IEEE journal of photovoltaics，2015，5（1）：320-328.

[3] NAUMANN V，LAUSCH D，H?HNEL A，et al. Explanation of potential-induced degradation of the shunting type by Na decoration of stacking faults in Si solar cells[J]. Solar energy materials and solar cells，2014，120：383-389.

[4] NAUMANN V，GEPPERT T，GRO?ER S，et al. Potential-induced degradation at interdigitated back contact solar cells[J]. Energy procedia，2014，55：498-503.

[5] LAUSCH D，NAUMANN V，BREITENSTEIN O，et al. Potential-induced degradation （PID）：introduction of a novel test approach and explanation of increased depletion region recombination[J]. IEEE journal of photovoltaics，2014，4（3）：834-840.

[6] NAUMANN V，LAUSCH D，GRAFF A，et al. The role of stacking faults for the formation of shunts during potential-induced degradation of crystalline Si solar cells[J]. Physica status solidi （RRL）-Rapid research letters，2013，7（5）：315-318.

[7] SWANSON R，CUDZINOVIC M，DECEUSTER D，et al.The surface polarization effect in high-efficiency silicon solar cells[C]//Proceedings of the 15th International Photovoltaic Science amp; Engineering Conference （PVSEC-15），October 10-15，2005，Shanghai，China. [S.l.：s.n.]，2005：410-411.

[8] HALM A，SCHNEIDER A，MIHAILETCHI V D，et al. Potential-induced degradation for encapsulated n-type IBC solar cells with front floating emitter[J]. Energy procedia，2015，77：356-363.

[9] LUO W，HACKE P，SINGH J P，et al. In-situ characterization of potential-induced degradation in crystalline silicon photovoltaic modules through dark I-V measurements[J]. IEEE journal of photovoltaics，2017，7（1）：104-109.

[10] HARVEY S P，AGUIAR J A，HACKE P，et al. Sodium accumulation at potential-induced degradation shunted areas in polycrystalline silicon modules[J]. IEEE journal of photovoltaics，2016，6（6）：1440-1445.

[11] DELINE C，MACALPINE S，MARION B，et al. Assessment of bifacial photovoltaic module power rating methodologies—inside and out[J]. IEEE journal of photovoltaics，2017，7（2）：575-580.

[12] LUO W，KHOO Y S，SINGH J P，et al. Investigation of potential-induced degradation in n-PERT bifacial silicon photovoltaic modules with a glass/glass structure[J]. IEEE journal of photovoltaics，2018，8（1）：16-22.

[13] ABERLE A G，GLUNZ S，WARTA W. Field effect passivation of high efficiency silicon solar cells[J]. Solar energy materials and solar cells，1993，29（2）：175-182.

[14] WEBER K J，JIN H. Improved silicon surface passivation achieved by negatively charged silicon nitride films[J]. Applied physics letters，2009，94（6）：063509.

[15] AY ?，TOLUNAY H. Steady-state and transient photoconductivity in hydrogenated amorphous silicon nitride films[J]. Solar energy materials and solar cells，2003，80（2）：209-216.

STUDY ON PID OF p-TYPE PERC BIFACIAL MONO-Si PV MODULES

Sun Xiaoyin，Lin Hao，Chen Peng，Ma Chao

（Wuxi Institute of Inspection，Testing and Certification，Wuxi 214000，China）

Abstract：This paper conducts an in-depth study on the potential induced degradation （PID） effect of p-type PERC bifacial mono-Si PV modules under negative bias and positive bias，and investigates the electrical performance recovery of such PV modules after PID effect occurs on the back. The research results show that： 1） After conducting PID testing at a bias voltage of -1500 V，under standard test conditions （STC），the electrical performance on the back of this type of PV module sharply decreased after 96 h of PID testing. The electrical performance of such PV modules on the front side is also significantly affected. Under the condition of 200 W/m2 solar irradiance，the electrical performance loss of the front and back of such PV modules is more pronounced. After extending the PID test to 480 h，compared with the test results of 96 h，the maximum output power，open circuit voltage，and short-circuit current on the back of this type of PV module all showed varying degrees of recovery. This is because when the solar cell is under negative bias，positive charges are attracted to the AlOx/SiNx passivation stack，eliminating the field passivation effect of the passivation layer. However，as more positive charges are trapped in the AlOx/SiNx passivation stack，electron reversal layer is generated on the back of the solar cell，ultimately leading to an increase in the effective carrier lifetime of the solar cell. 2） After 96 h of PID testing under a bias voltage of +1500 V，the electrical performance degradation on the front side of such PV modules can be ignored，and the electrical performance on the back side even slightly improves. This is because when the solar cell is under positive bias，negative charges are attracted to the back of the solar cell and then accumulate in the AlOx/SiNx passivation stack. These negative charges help to repel minority carriers （electrons） from the backside of silicon wafers，thereby improving the electrical performance of such PV modules. 3） The PID-p effect on the back of such PV modules can be restored，and exposing the back of the PV module to ultraviolet light can significantly accelerate the recovery speed. For PV power generation systems with high operating voltage and operate outdoors，the back of such PV modules is minimally or even unaffected by the PID-p effect.

Keywords：PERC；bifacial mono-Si PV modules；PID；electrical performance；bias voltage