《晶硅太阳能电池光致衰减问题讨论.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《晶硅太阳能电池光致衰减问题讨论.doc（16页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、 光伏组件输出功率光致衰减问题的讨论 报告内容提要 引言 （一）P型(掺硼)晶体硅太阳电池初始光致衰减机理 掺硼) （二）P型(掺硼)晶体硅片少子寿命及太阳电池光致衰减试验 掺硼)晶体硅片少子寿命及太阳电池光致衰减试验 （三）光伏组件的初始光致衰减试验 （四）光伏组件输出功率初始衰减问题的解决方案 2 引言 光伏组件输出功率的衰减可分为两个阶段： 光伏组件输出功率的衰减可分为两个阶段： 第一个阶段，我们可以把它称作初始的光致衰减， 第一个阶段 即光伏组件的输出功率在刚开始使用的最初几天 内发生较大幅度的下降，但随后趋于稳定。导致 这一现象发生的主要原因是P型（掺硼）晶体硅片 中的硼氧复合体降低
2、了少子寿命。 第二个阶段，我们可以把它称作组件的老化衰减， 第二个阶段 即在长期使用中出现的极缓慢的功率下降，产生 的主要原因与电池缓慢衰减有关，也与封装材料 的性能退化有关。 3 引言 为什么光致衰减现象又被关注： P型(掺硼)的太阳电池的光致衰减现象是在七十年 代发现的，为什么近期光伏产业界和研究机构又 对此产生了较大的关注呢？其主要原因是由于光 致衰减导致的一些光伏组件的功率下降幅度远 远超出了客户所能接受的范围，这就使组件制造 商面临着潜在的赔偿风险。 4 引言 导致光伏组件功率出现早期下降的主要原因有： （一）硅片质量差，导致电池出现较大幅度的初始光致 5 衰减； （二）组件制造工艺
3、不合理，出现诸如电池片隐裂、 EVA交联度不好、脱层、焊接不良等质量问题 （三）些组件制造商功率测试不准确或有意在输出功 率上虚报。 一. P型(掺硼)晶体硅太阳电池初始光致衰减机理 30多年前，H. Fischer and W. Pschunder 等人首次观察到P型（掺硼）晶 体硅太阳电池的初始光致衰减现象 6 一. P型(掺硼)晶体硅太阳电池初始光致衰减机理 大家基本一致的看法是： 大家基本一致的看法是： 光照或电流注入导致硅片中的硼和氧形成硼氧复合体，从而使少子寿命降 低，引起电池转换效率下降，但经过退火处理，少子寿命又可被恢复，其 可能的反应为： 7 光照或电流注入 Bs Bs2Oi
4、 少子寿命高） （少子寿命高） 退火处理 BsO2i 少子寿命低） （少子寿命低） 一. P型(掺硼)晶体硅太阳电池初始光致衰减机理 8 据文献中报道： 据文献中报道 （一）含有硼和氧的硅片经过光照后出现不同程度的 衰减（如图2、图3、图4所示）。硅片中的硼、氧 含量越大，在光照或电流注入条件下产生的硼氧 复合体越多，少子寿命降低的幅度就越大。 (二）在低氧、掺镓、掺磷的硅片中少子寿命随光照 时间的衰减幅度极小。 一. P型(掺硼)晶体硅太阳电池初始光致衰减机理 9 图2 低氧掺硼、有氧掺磷、有氧掺硼的Fz硅片 和有氧掺硼Cz硅片少子寿命衰减随光照时间的关系(2) 一. P型(掺硼)晶体硅太阳
5、电池初始光致衰减机理 10 图3 掺硼、掺镓、掺磷的Cz硅片和硼掺杂的MCZ硅光照前后少数载流子寿命的变化(3) 一. P型(掺硼)晶体硅太阳电池初始光致衰减机理 11 图4 不同硼掺杂浓度硅片的少子寿命随时间的变化关系(4) 掺硼)晶体硅片少子寿命及太阳电池光致衰减试验 二. P型(掺硼)晶体硅片少子寿命及太阳电池光致衰减试验 (一）P型（掺硼）单/多晶硅片少子寿命的光致衰减试验 原始硅片的光致衰减试验 硅片不做任何处理，测试光照前和光照后的少子寿命。 12 试验结论： 从图5可以看出，单/多晶 裸硅片若不经过清洗钝化， 其少子寿命几乎随着光照 时间变化不大，这是因为 硅片表面复合中心占主导
6、 地位，掩盖了光照对体少 子寿命的影响，因此对不 经过清洗、钝化的裸硅片， 无法确定少子寿命与光照 时间的对应关系，也就无 法判断硅片的质量 单晶裸硅片的少子寿命随时间的衰减图 1.2 多晶裸硅片的少子寿命随时间的衰减图 1.2 1.0 1.0 0.8 0.8 少子寿命 us 少子寿命 us 0.6 0.6 M1 0.4 M2 M3 0.4 M1 M2 M3 0.2 0.2 0.0 0.0 0 10 min 30 min 1h 时间 H 2h 3h 4h 0 10 min 30 min 1h 时间 H 2h 3h 4h 图5 未经清洗、钝化的单/多晶裸硅片少子寿命随时间的变化关系 掺硼)晶体硅
7、片少子寿命及太阳电池光致衰减试验 二. P型(掺硼)晶体硅片少子寿命及太阳电池光致衰减试验 13 表面钝化硅片的光致衰减试验 去除硅片损伤层硅片清洁+硅片表面钝化（碘酒），测试光照前和光照后的少子寿命。 试验结论： 试验结论： 140 钝化后单晶硅片少子寿命和光照时间的关系 40 钝化后多晶硅片少子寿命衰减和时间的关系 样品1 样品1 35 钝化后硅片的表面复合已不 占主要地位， 占主要地位，而以体内复合 为主， 为主，且硅片的体少子寿命 随光照而衰减。 随光照而衰减。不同质量的 材料在光照之后其少子寿命 衰减幅度有较大差别， 衰减幅度有较大差别，由此 基本可以预测出用此硅片制 作的电池的初始
8、光致衰减的 程度以及可达到的最高电池 转换效率。 转换效率。 120 样品2 100 样品2 样品3 样品3 少子寿命 us 0 10 min 30 min 时间 1h 2h 3h 4h 6h 30 少子寿命 us 25 80 20 60 15 40 10 20 5 0 0 0 10 min 30 min 1h 时间 2h 3h 4h 6h 图6 清洗、钝化后单/多晶硅片少子寿命和光照时间的关系 掺硼)晶体硅片少子寿命及太阳电池光致衰减试验 二. P型(掺硼)晶体硅片少子寿命及太阳电池光致衰减试验 表面钝化硅片的光致衰减及退火恢复试验 将这些光照衰减后的硅片进行退火处理，硅片的寿命得到很大程度
9、的恢复。 这和文献中的报道是一致的，如图7所示。 单晶硅片光照少子寿命恢复 14 40 35 30 少子寿命（us） 25 20 15 10 5 0 光照前 光照后 硅片1 硅片2 硅片3 退火后 图7 单晶硅片少子寿命经过退火后恢复 掺硼)晶体硅片少子寿命及太阳电池光致衰减试验 二. P型(掺硼)晶体硅片少子寿命及太阳电池光致衰减试验 15 （二）P型（掺硼）单/多晶硅太阳电池的初始光致衰减试验 未封装的单晶硅单体太阳电池的初始光致衰减试验 单 晶 电 池 片 光 照 前 后 I V曲 线 6 单晶电池片光照前后电池I-V曲线 6 5 5 4 4 电流 I 电流 I 3 2 1 0 0 0.
10、2 0.4 电压 V 0.6 0.8 光照前 光照后 3 光照前 2 1 0 0 0.2 0.4 电压 V 0.6 0.8 光照后 图10 单晶（相对衰减0.8%）电池I-V曲线 图8 单晶电池（相对衰减5.7%）I-V曲线 掺硼)晶体硅片少子寿命及太阳电池光致衰减试验 二. P型(掺硼)晶体硅片少子寿命及太阳电池光致衰减试验 未封装的多晶硅单体太阳电池的初始光致衰减试验 多晶电池片光照前后I-V曲线 6 多晶电池片光照前后I-V曲线 16 6 5 5 4 电流 I 4 电流 I 3 2 1 0 0 0.2 0.4 电压 V 0.6 0.8 光照前 光照后 光照前 3 2 1 0 0 0.2
11、0.4 电压 V 0.6 0.8 光照后 图11 多晶（相对衰减0.2%）的电池I-V曲线 图9 多晶电池（相对衰减3.64%） 的I-V曲线 掺硼)晶体硅片少子寿命及太阳电池光致衰减试验 二. P型(掺硼)晶体硅片少子寿命及太阳电池光致衰减试验 光照前后电池片的量子效率对比 光照后，长波响应变差，这表明光照后电池片体内的少子寿命已发生了衰 减。 光照前后电池片的量子效率对比 1.0 0.9 0.8 0.7 IQE & EQE 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0.0 300 400 500 600 700 波长 (nm) 800 900 1000 1100 衰减前EQE 衰减前
12、IQE 衰减后EQE 衰减后IQE 17 掺硼)晶体硅片少子寿命及太阳电池光致衰减试验 二. P型(掺硼)晶体硅片少子寿命及太阳电池光致衰减试验 电池片光照后的退火处理 选取不同衰减程度的电池片进行退火处理，效率也得到很大程度的恢复， 这和文献中的报道一致。 单晶电池片效率衰减恢复图 17.0 16.5 16.0 电池效率（%） 15.5 15.0 14.5 14.0 13.5 光照前 光照后 退火后 样品1 样品2 样品3 18 当前硅片质量的状况： 主流电池片的相对衰减：单晶电池片不超过 主流电池片的相对衰减： 1%，多晶电池片不超过0.5% 0.5%。 1%，多晶电池片不超过0.5%。
13、某些质量很差的硅片做成电池后， 某些质量很差的硅片做成电池后，其相对衰 减接近 单晶） 4%（多晶）， ），这些衰 减接近%（单晶）和4%（多晶），这些衰 减大的电池片是需要我们关注的。 减大的电池片是需要我们关注的。 个别质量特别差的硅片做成电池后， 3. 个别质量特别差的硅片做成电池后，其相对衰减 超过 % 单晶）， ），对这种特别 超过%（单晶），对这种特别 差的材料进 行理化分析，发现其中的硼、 行理化分析，发现其中的硼、磷 等杂质含量 都是严重超标。 都是严重超标。 三光伏组件的初始光致衰减试验 20 光伏组件的核心组成部分就是太阳电池，如果太 阳电池的性能发生率减，就必然导致光伏组件的 输出功率下降，并极易在组件中引起热斑. ? 若电池串与串之间电流不一致，在接了旁路二极 管的组件特性曲线上可看到“台阶曲线”。 ? 通过测量光照前后组件的输出特性曲线和红外成 像分析,可以考察组件的初始光致率减现象 三光伏组件的初始光致衰减试验 （一）正常组件的输出特性曲线及红外成像 21 图13 正常组件的IV特性曲线 图14 正常组件的红外成像（温度相差仅1.4） 三光伏组件的初始光致衰减试验 （二）组件光照后，输出特性曲线及红外成像 a. 如果电池的
