图片来源：韩华 Q Cells
太【tài】阳能【néng】光伏正在迅速成为全球成本最低的电力来源【yuán】。平准化度电成本已【yǐ】达到【dào】约2ct/kWh。EDF/马斯【sī】达尔在沙特阿拉【lā】伯招标的【de】一处项【xiàng】目的价格首次【cì】低【dī】于2USct/kWh[1]。
未【wèi】来【lái】几年, 这一【yī】数字会降【jiàng】至【zhì】约1USct/kWh及以下，从而令每个人【rén】都【dōu】能够【gòu】负担【dān】用【yòng】电。这也是高效率【lǜ】低成本新技术所取得的成就，例如像用在水平单【dān】轴跟踪系统这种简【jiǎn】单跟踪系统中的PERC、PERT和双面组件【jiàn】。
然而, 如今许多太阳能电池和组件生产商都在过苦日子。
由于产【chǎn】能【néng】过剩，亚洲生产商有可能经【jīng】历第二【èr】次【cì】大危机。首【shǒu】次产能过剩问题【tí】出现在2011年，第二【èr】次【cì】下行可归【guī】因于现有生产线向PERC的【de】升级。
2017年, 太阳能【néng】电池和【hé】组件产能约为125GW, 其【qí】中35GW是PERC技术。预【yù】计至2018年年底【dǐ】, 总产能将【jiāng】达到160-170GW, 其中60-70GW 为PERC[2]。
然而, 预计2018年的下【xià】游【yóu】光伏需求将【jiāng】低于100GWp [3]。这意【yì】味【wèi】着许多电池生产线【xiàn】或会处于【yú】闲置状态, 多个GW的组件【jiàn】也【yě】将堆放在仓库中。
正如前文所【suǒ】述, 需要研发【fā】创新【xīn】型产品以进一步降低【dī】平准化度电成本【běn】。然而, 向PERC转型的进展是如此迅速，以至于【yú】许【xǔ】多PERC生产商都【dōu】未能把重心放在产品【pǐn】质【zhì】量【liàng】上。
PERC是一项成熟的技【jì】术, 工艺相【xiàng】对简【jiǎn】单, 因【yīn】而持有成本也较【jiào】低【dī】。2018年【nián】三月，隆【lóng】基公司推出【chū】的无栅线金属【shǔ】接触设计PERC技术取【qǔ】得了23.6%的效率，创下纪录。这一纪【jì】录于2018年【nián】5月被晶科能源【yuán】以23.95%的效【xiào】率超越。
效率创【chuàng】下纪录固然可喜，但起决定作用的是【shì】批【pī】量生【shēng】产转换效率以及工艺的长期稳定性。“硅【guī】基组【zǔ】件超【chāo】级联盟”大型成员 (如韩【hán】华Q cells、晶【jīng】澳【ào】太阳能、隆基、天合【hé】光【guāng】能、晶科能源和【hé】阿特斯) 的平均【jun1】转换【huàn】效率均达到了21.5%-22%。与Al-BSF标准技术相比, 这是非常出色的记录【lù】。Al-BSF标准【zhǔn】技术已占据市场数十年【nián】，而【ér】最佳平均效率几乎【hū】未超【chāo】过20%。
在【zài】谈及衰【shuāi】减时【shí】, 我们不确定是否所有PERC生产【chǎn】商都【dōu】了解设备可能会【huì】遭遇额外衰减效【xiào】应的挑战。本篇博文介【jiè】绍的就【jiù】是这【zhè】一【yī】方面的相关内容：
了解PERC太阳电池的主导衰减机制
在参观展会或拜访业内厂【chǎng】家【jiā】时，我们常常会【huì】发现，那么多【duō】有责任心的PERC生【shēng】产科学工作者【zhě】竟【jìng】从未听【tīng】说【shuō】过PERC设备可能会出现【xiàn】严【yán】重衰减，尤其是热辅助【zhù】光致衰【shuāi】减(以下简称LeTID，又【yòu】名电致衰【shuāi】减，简称CID)，这令人感到惊讶。
在【zài】“2018年第四届【jiè】PERC太【tài】阳能【néng】电池和双面组件论坛” [4]大会【huì】上， LeTID也没有成为一个真正的议【yì】题。
在谈及LeTID时，通常听到的回复是这样的。
—“LeTID?没有，我们不存在【zài】LID问题，我们一直在【zài】稳【wěn】定产品性能【néng】。”
更加了【le】解【jiě】情况的人【rén】会【huì】这样【yàng】回答，“LeTID影响的仅仅是mc-Si PERC，但我们生产的是Cz-Si PERC。”
这些说法都【dōu】是错的【de】。即使人【rén】们【men】是在mc-Si PERC电池上首次观察到LeTID现象，这【zhè】也是会发生在Cz-Si PERC组件上的有害现象，会【huì】造成严重【chóng】衰减【jiǎn】。在LeTID加【jiā】速衰减之后数周，有时功率【lǜ】衰减【jiǎn】仍会【huì】超过【guò】10%。
因此, PI Berlin测试了许多【duō】市面上的PERC组【zǔ】件【jiàn】并进行了持续的测试【shì】。在经历了为期六周的【de】加速衰【shuāi】减【jiǎn】辐【fú】照后，大多数不【bú】同被测组件的 (截止目前约【yuē】有10个) 功率衰减达到5%或【huò】更高【gāo】—而衰减曲【qǔ】线似乎并未饱【bǎo】和。
此外, 在运行9-21年后，虽【suī】然【rán】许多PERC光伏【fú】系【xì】统仍然“还在那【nà】里”，但是【shì】组件衰减了近【jìn】20%，这简直是【shì】一个悲剧【jù】。
PI Berlin对【duì】一种商用单晶PERC组件进【jìn】行了为期六【liù】周的【de】测【cè】试，用于评估组件参【cān】数对LeTID的影响【xiǎng】。
图【tú】 1 为PI Berlin测出的典【diǎn】型衰【shuāi】减曲【qǔ】线。2018年6月[7]，慕尼黑国【guó】际【jì】太阳能展【zhǎn】举办的“组【zǔ】件测试”会议介绍【shào】了这一曲线【xiàn】。该会议是【shì】由PHOTON组织的LeTID和双面专题【tí】研讨会。
在75°C 、0.5A注入电【diàn】流情况下，六周【zhōu】后这【zhè】一【yī】市售Cz-Si PERC组件的功率相对【duì】衰【shuāi】减了【le】5%，并且似乎仍在继续【xù】衰减。数个【gè】团体声称， nPERT组件也可能存在这【zhè】类问题[8]。
我们目前正在进行BiSoN (nPERT) 、MoSoN (nPERT背结式)和ZEBRA (IBC)电【diàn】池加速LeTID衰减试验，目前为止没【méi】有经历【lì】过如此【cǐ】严【yán】重的衰【shuāi】减【jiǎn】问题。
PERC太阳能电池和组件中可能存在的衰减机制
PERC组件发生【shēng】了什么?虽然【rán】人【rén】们认为【wéi】已【yǐ】经了【le】解了硼氧化合物的形成机制，甚至能控制这种效【xiào】应，那么【me】为什么PERC太阳能电池仍然会出现【xiàn】衰减?更加先【xiān】进的设备的衰减机制变【biàn】得【dé】更为【wéi】复杂, 而【ér】简单Al-BSF(背场【chǎng】)电池的衰减机制也是如【rú】此。
这种现象【xiàng】不仅限于不同水平下的效率。在更复【fù】杂【zá】的设备结构中，衰【shuāi】减的可能性更【gèng】大【dà】、更为明【míng】显。就【jiù】PERC而言，背面电介【jiè】质【zhì】一方面提【tí】高【gāo】了【le】效率, 但【dàn】如果无法满足最高启动效率和设备长期稳【wěn】定【dìng】性需求，也会带来麻烦。
表2为【wéi】典型的PERC设备截面，总结了目前【qián】已知的三种最【zuì】严重的【de】衰减机制。
PERC在LeTID中经历【lì】的三【sān】种【zhǒng】重要衰减机制【zhì】为1) LID, 2) HID 及【jí】3) 背部电介质去钝处理【lǐ】。图片来源：PI Berlin
光致【zhì】衰【shuāi】减(LID)：光致衰减广为人知、也是人们了解最多的【de】衰【shuāi】减【jiǎn】形式。这种衰减基【jī】于硼氧化合物形【xíng】成的基础之【zhī】上。可以通过表一列举【jǔ】的几种措【cuò】施部分消除【chú】这种现【xiàn】象。
氢致衰减(以下简称HID)：氢【qīng】致衰【shuāi】减是LeTID测试的原【yuán】因，首见【jiàn】于mc-Si PERC设【shè】备。[5]为【wéi】相关报道。单晶【jīng】PERC设备【bèi】中也发现了这种【zhǒng】现【xiàn】象[6]。已知的是这种【zhǒng】衰减是【shì】由于设备中氢含量太高【gāo】造成的，已故教授【shòu】Stuart Wenham [10]提出【chū】的木桶理【lǐ】论比喻完美的【de】总结了这【zhè】一现【xiàn】象。
这是因【yīn】为在大【dà】多数情况下, 背面钝化是【shì】由【yóu】相当厚的 (相【xiàng】对于【yú】正面【miàn】钝【dùn】化) 富氢电【diàn】介质【zhì】实现的。释【shì】放的【de】氢进入硅块, 形成【chéng】弱氢键，钝化了缺陷部位【wèi】。这些氢【qīng】键【jiàn】很容易由于温度和光照受到破坏, 以更快的【de】速【sù】度释放【fàng】弱键氢, 从而导致衰减。
随着时间的【de】推移, 恢复进程被【bèi】激活，然【rán】后达到【dào】饱和状态。释【shì】放的【de】氢又会形【xíng】成氢键，稳定的氢键会钝化缺【quē】陷部位。在LeTiD测试工【gōng】况下，稳定的【de】氢键不【bú】受影响。表一【yī】总结【jié】了能够将HID效应【yīng】降至最低的措施。
裸硅片钝化衰减: 很难找出造【zào】成衰减【jiǎn】的真正主导原因。最【zuì】近康斯坦茨大学的A. Herguth和【hé】他的团队发现, PERC太阳能电【diàn】池的衰减部【bù】分是【shì】由于【yú】背面电介质去钝效应【yīng】造成【chéng】的[11]。IBC太阳能电池正【zhèng】面也发现【xiàn】了这【zhè】种衰减效应。
就【jiù】IBC电池【chí】而言【yán】，至少需要【yào】一个浅FSF(正【zhèng】面场; 例如n型Cz-Si电池磷扩散涂层【céng】)才能不产生这种效应。
下图3a和3b为不同【tóng】部位的测试【shì】示例, 顶部【bù】是mc-Si PERC组件【jiàn】，底【dǐ】部是Cz-Si组件，如图所【suǒ】示【shì】，出现了【le】严重衰减。
3a和3b为不同部位的【de】测试示例, 顶部是【shì】mc-Si PERC组件，底部是【shì】Cz-Si组件，如【rú】图所示，出现【xiàn】了严【yán】重【chóng】衰减。图片来源：eternal sun
在LeTID测试期间【jiān】, 所有三种 (或两种) 描【miáo】述的【de】效应都可能会被激活, 必须对所【suǒ】有有问题的组件进行更详细的【de】检查, 以便【biàn】找到设备中最【zuì】关键的衰减机制。确定之后【hòu】就【jiù】可【kě】以【yǐ】测试降低【dī】衰减的【de】解决方案。
Eternal sun的LeTID试验 (左) [12] 和Frauhofer CSP 的 mc-和 Cz-PERC组件LeTID试验【yàn】 (右) [13]。在Fraunhofer CSP试【shì】验中，所【suǒ】有组件就LID而【ér】言都实现了稳定【dìng】。右图所示的Pmpp下降未【wèi】包含【hán】由【yóu】于硼氧化【huà】合物形成而导致的衰减。图片【piàn】来源：eternal sun
PERC太阳能电池和组件衰减机制的可行解决方案
如【rú】前所述【shù】, PERC 太【tài】阳能电池和组件的衰减非【fēi】常【cháng】复杂, 不能轻易用一种衰减机【jī】制来理解【jiě】。PERC组件【jiàn】似乎在高温下受到的影响更大。在质量测试程序中，TÜV也确【què】定【dìng】了这种【zhǒng】测试。表I (见【jiàn】下文) 总结了最严重的衰减影响【xiǎng】以及为了【le】通过【guò】TÜV测试而降低衰减【jiǎn】影响的【de】可行解决【jué】方案【àn】。
PERC衰减【jiǎn】和【hé】可行解决方案小【xiǎo】结【jié】。图片来源：Fraunhofer CSP
当然还有必须加【jiā】以控制的电势诱发衰减(以【yǐ】下简【jiǎn】称PID), 但这【zhè】种衰减与所有组【zǔ】件都相关。此时钠和其他杂质【zhì】从玻璃向【xiàng】太【tài】阳能【néng】电池表【biǎo】面迁移，造【zào】成分流或去钝[14]。
在电池、组件和系统层面，这种【zhǒng】衰【shuāi】减【jiǎn】可以降至最低【dī】。通过为组【zǔ】件选【xuǎn】择【zé】高质量的封装【zhuāng】剂【jì】，例【lì】如合适的EVA或切换【huàn】至聚烯【xī】烃薄膜(多见于双玻组件)也可以处理这【zhè】个问题。
希望我们唤【huàn】起【qǐ】了对mc-Si以及Cz-Si PERC太【tài】阳能电【diàn】池【chí】新衰减机制的充分意识。
通过本篇博【bó】文, 我们希望鼓励PERC太【tài】阳能电池【chí】和组件生产商【shāng】更好地【dì】改造设备、降低衰减【jiǎn】, 并同【tóng】时警示小型屋顶安装商以及大型公【gōng】用事业【yè】EPC公司选择正确的光伏系统(对【duì】所【suǒ】选组件进【jìn】行正【zhèng】确测【cè】试【shì】)。
为了避免因【yīn】光【guāng】伏系统性能不佳而引发的大量索赔，主要参与【yǔ】方，即电池【chí】和组件制造【zào】商以及系【xì】统安装【zhuāng】商对于这【zhè】一【yī】问题的意识【shí】非常重要, 同时这也会避免对整个【gè】光伏行【háng】业可信【xìn】度造成潜【qián】在严重负面影【yǐng】响。
祝人人好运, 做【zuò】出明智的选择【zé】, 继续减【jiǎn】少二氧【yǎng】化碳排放以拯救我们伟大的【de】蓝色星球。装【zhuāng】机总量很快就会达到【dào】1TWp，我们【men】希望只会【huì】出现极少数【shù】的衰减问【wèn】题。
