图片来源：韩华 Q Cells
太阳【yáng】能光【guāng】伏正在迅速成为全球成本【běn】最低的电力来源。平准化【huà】度电【diàn】成本已达到【dào】约2ct/kWh。EDF/马斯达尔在【zài】沙特阿拉伯招【zhāo】标的一【yī】处【chù】项目的价格首【shǒu】次低于2USct/kWh[1]。
未来几年, 这一数字【zì】会降至约1USct/kWh及【jí】以下，从而令【lìng】每个人都【dōu】能够负担用电。这也【yě】是【shì】高【gāo】效率低成【chéng】本【běn】新技术【shù】所取得【dé】的成就，例如像用在水平【píng】单轴跟踪系统这种简单【dān】跟【gēn】踪系统中的PERC、PERT和双面组件。
然而, 如今许多太阳能电池和组件生产商都在过苦日子。
由于产能过剩，亚洲生产【chǎn】商有【yǒu】可能经历【lì】第二次【cì】大【dà】危机。首次产【chǎn】能过【guò】剩问题出现在2011年，第二次下行【háng】可归因于【yú】现有【yǒu】生产线向PERC的升【shēng】级。
2017年, 太阳能电【diàn】池和【hé】组件产能约为【wéi】125GW, 其中35GW是【shì】PERC技术。预计至2018年【nián】年底, 总产能将达到160-170GW, 其中【zhōng】60-70GW 为PERC[2]。
然而, 预计【jì】2018年【nián】的下游【yóu】光伏需求将【jiāng】低于【yú】100GWp [3]。这意味着【zhe】许多电池生产线或【huò】会处于闲置状态, 多个GW的组件也将堆【duī】放在仓库中。
正如前文所【suǒ】述, 需要研发创新型产品以【yǐ】进一【yī】步降【jiàng】低平【píng】准化度电成本。然而, 向PERC转型【xíng】的进【jìn】展是如此迅速，以至【zhì】于许【xǔ】多PERC生产商都【dōu】未能把重心放在【zài】产品质量【liàng】上。
PERC是一【yī】项成熟的技【jì】术, 工艺相对简【jiǎn】单, 因而持有成本也较低。2018年三月，隆基公司【sī】推出【chū】的无栅线金属接触设计【jì】PERC技术【shù】取得了【le】23.6%的效率，创下纪录。这一纪录于2018年【nián】5月【yuè】被【bèi】晶科能源【yuán】以23.95%的效率【lǜ】超【chāo】越。
效率创下纪录固【gù】然可喜，但起决定作用的是【shì】批量生产【chǎn】转【zhuǎn】换效率以及【jí】工艺的长【zhǎng】期【qī】稳定性。“硅基组件超级联盟”大型成员【yuán】 (如韩【hán】华Q cells、晶澳太阳能、隆基、天【tiān】合光【guāng】能【néng】、晶【jīng】科能源和阿特斯) 的平均【jun1】转换效率均达到了21.5%-22%。与Al-BSF标准技【jì】术相比, 这【zhè】是非常出色的记录。Al-BSF标准技术已占据市场【chǎng】数十年，而最佳平均【jun1】效率【lǜ】几乎【hū】未超过20%。
在【zài】谈及【jí】衰【shuāi】减时, 我们不确定是否所有PERC生产商都了解设备可能会遭遇额外衰减效应的挑战。本篇【piān】博【bó】文介绍的就是【shì】这一【yī】方【fāng】面的相【xiàng】关【guān】内容：
了解PERC太阳电池的主导衰减机制
在参观展会或【huò】拜访业内厂家时，我【wǒ】们常【cháng】常会【huì】发现，那么多有【yǒu】责任心【xīn】的PERC生产科学工作【zuò】者竟从【cóng】未听【tīng】说过PERC设备【bèi】可能会出【chū】现严重衰减【jiǎn】，尤其是热辅助【zhù】光致衰减(以下【xià】简称LeTID，又名电致衰【shuāi】减，简称CID)，这令人感到惊【jīng】讶。
在“2018年第四【sì】届PERC太阳能电【diàn】池和双【shuāng】面组件论【lùn】坛” [4]大【dà】会上【shàng】， LeTID也没有成为一【yī】个真正的议题。
在谈及LeTID时，通常听到的回复是这样的。
—“LeTID?没有，我【wǒ】们不存在LID问【wèn】题，我们一直【zhí】在稳【wěn】定产【chǎn】品性能。”
更【gèng】加了解情【qíng】况的人会这【zhè】样回【huí】答，“LeTID影响的仅仅是mc-Si PERC，但【dàn】我【wǒ】们生产的是Cz-Si PERC。”
这【zhè】些说法都是【shì】错的。即使人们是在mc-Si PERC电池上首次观【guān】察【chá】到LeTID现象，这也是【shì】会发生【shēng】在Cz-Si PERC组件上的【de】有害现象，会造成【chéng】严重衰减。在LeTID加速衰减之后数周，有时【shí】功率衰减仍会超过【guò】10%。
因此, PI Berlin测试了许多【duō】市面上的PERC组件并进行了持续的测试。在经历【lì】了为【wéi】期六周的【de】加速衰减辐照后，大【dà】多数不同被测组件的 (截止目前约有10个) 功【gōng】率衰【shuāi】减【jiǎn】达到5%或更高—而【ér】衰减曲线似【sì】乎并未【wèi】饱和。
此外, 在运【yùn】行9-21年后，虽然许多PERC光伏系统仍然“还在【zài】那里”，但是【shì】组【zǔ】件衰减了近20%，这简【jiǎn】直【zhí】是一【yī】个悲剧。
PI Berlin对一种商【shāng】用单晶PERC组件进行了为期六【liù】周【zhōu】的【de】测试，用于评估【gū】组【zǔ】件【jiàn】参数对LeTID的影响。
图 1 为【wéi】PI Berlin测出的【de】典型衰减曲线。2018年6月【yuè】[7]，慕尼黑【hēi】国【guó】际太阳能展举【jǔ】办的“组件测试”会议介绍了这一【yī】曲线。该【gāi】会【huì】议是由PHOTON组织的【de】LeTID和双面专【zhuān】题研讨会。
在75°C 、0.5A注入电流情【qíng】况下【xià】，六周后这【zhè】一市售Cz-Si PERC组件的功率相对衰减了5%，并【bìng】且似乎仍在继【jì】续衰减。数个团体【tǐ】声称【chēng】， nPERT组【zǔ】件也可能存在这类问题【tí】[8]。
我们目前正在进行BiSoN (nPERT) 、MoSoN (nPERT背结【jié】式)和ZEBRA (IBC)电池加速LeTID衰【shuāi】减试验，目【mù】前【qián】为止没有经历过如此【cǐ】严【yán】重的衰减问题。
PERC太阳能电池和组件中可能存在的衰减机制
PERC组件发生了什么?虽然人们认【rèn】为已经【jīng】了解了【le】硼【péng】氧化合物的形【xíng】成机【jī】制，甚至能控【kòng】制这种【zhǒng】效应，那么【me】为什么PERC太【tài】阳能电池仍然会出【chū】现【xiàn】衰【shuāi】减?更加先【xiān】进的设备【bèi】的衰减机制变得【dé】更为复【fù】杂, 而简单Al-BSF(背场)电池的衰减机制也是如【rú】此。
这种现象不仅限于【yú】不同水平下的效率。在【zài】更【gèng】复【fù】杂的设备结构【gòu】中【zhōng】，衰【shuāi】减的可能性更大、更【gèng】为明显。就PERC而言，背【bèi】面电介质一方面提高了效率, 但如果无法满足【zú】最高【gāo】启动效率【lǜ】和【hé】设备【bèi】长【zhǎng】期稳定性需求，也会带来【lái】麻烦。
表2为典型的PERC设【shè】备截面，总结了目前已知【zhī】的【de】三种最严重的衰减【jiǎn】机制。
PERC在【zài】LeTID中经历的三种重要【yào】衰减机制为1) LID, 2) HID 及3) 背部电介质去【qù】钝处理。图【tú】片来源：PI Berlin
光致衰减(LID)：光【guāng】致衰减广【guǎng】为人【rén】知、也是人们【men】了解最多的【de】衰减形式。这种衰减【jiǎn】基于硼氧化合物形成的基础之上【shàng】。可以通过表【biǎo】一【yī】列举的几【jǐ】种措【cuò】施部分消【xiāo】除这种现象【xiàng】。
氢致【zhì】衰减(以下【xià】简称HID)：氢致【zhì】衰减【jiǎn】是LeTID测试的【de】原因，首见【jiàn】于mc-Si PERC设备。[5]为【wéi】相关报【bào】道。单晶PERC设备中也发【fā】现了这种现象[6]。已知的是这种衰减是由于设【shè】备中氢【qīng】含量太高造【zào】成的，已故【gù】教授Stuart Wenham [10]提出的【de】木桶理论比喻【yù】完【wán】美的总结了这【zhè】一现【xiàn】象。
这是因为在大多数情况下, 背面钝【dùn】化是由相当厚【hòu】的 (相对【duì】于正面钝【dùn】化) 富【fù】氢电介质实现的。释【shì】放的【de】氢进入【rù】硅【guī】块, 形成弱氢键，钝化了【le】缺陷部位【wèi】。这些氢【qīng】键很容易由于温度和光照【zhào】受到破坏, 以更快的速【sù】度释放【fàng】弱【ruò】键氢, 从而导致衰【shuāi】减。
随着【zhe】时间的【de】推移, 恢复进程被激【jī】活，然后达到【dào】饱和状态。释放的【de】氢【qīng】又会【huì】形成氢【qīng】键，稳定的氢键会钝化缺【quē】陷部位。在LeTiD测试工况下，稳定【dìng】的氢键不受影响【xiǎng】。表一总结【jié】了【le】能够将HID效应降至最低的措施【shī】。
裸【luǒ】硅片钝化衰【shuāi】减: 很【hěn】难找出造成【chéng】衰减的真正主导原因【yīn】。最近康斯坦茨【cí】大学的A. Herguth和他的团队发【fā】现【xiàn】, PERC太阳【yáng】能电【diàn】池的衰减部分是由于背面电介质去钝效应造成【chéng】的[11]。IBC太阳能电池正【zhèng】面【miàn】也【yě】发现了这种衰减效【xiào】应。
就【jiù】IBC电池而言，至【zhì】少【shǎo】需【xū】要一个浅FSF(正面场; 例如【rú】n型Cz-Si电池磷扩散涂层)才能不产生这【zhè】种效应。
下图【tú】3a和3b为不同部位的测【cè】试【shì】示例, 顶部是mc-Si PERC组【zǔ】件，底部是Cz-Si组件【jiàn】，如图所示，出【chū】现了严重衰减。
3a和3b为不【bú】同部位【wèi】的【de】测试示例, 顶部是mc-Si PERC组件，底部是Cz-Si组件，如图所【suǒ】示，出现了严重衰【shuāi】减。图片来【lái】源：eternal sun
在LeTID测试【shì】期【qī】间, 所有三种 (或两种) 描述的效应都可能会【huì】被【bèi】激活【huó】, 必【bì】须对所【suǒ】有有问题的组【zǔ】件进行更详细的检查, 以便找到设【shè】备中最关键的衰减【jiǎn】机制。确【què】定之后就可以测试降【jiàng】低衰【shuāi】减的解决方【fāng】案。
Eternal sun的LeTID试验 (左) [12] 和【hé】Frauhofer CSP 的 mc-和 Cz-PERC组件LeTID试验 (右) [13]。在Fraunhofer CSP试验中，所【suǒ】有组件就LID而【ér】言都实现了稳定。右图所示的Pmpp下降未包含由于硼氧【yǎng】化合物形成而【ér】导致的衰减。图【tú】片来源：eternal sun
PERC太阳能电池和组件衰减机制的可行解决方案
如前所述, PERC 太阳【yáng】能电池和组【zǔ】件【jiàn】的衰减非常复杂, 不能轻易用【yòng】一【yī】种衰减机制来理解。PERC组【zǔ】件【jiàn】似乎【hū】在高温下受到的影【yǐng】响更大。在质量测试程序中【zhōng】，TÜV也【yě】确定了这种测【cè】试。表I (见下文) 总结了最【zuì】严重【chóng】的衰减影响以及为【wéi】了通过【guò】TÜV测试而降低衰减影响的可行解【jiě】决【jué】方案。
PERC衰减和【hé】可行【háng】解【jiě】决方【fāng】案小结。图片来源：Fraunhofer CSP
当然还有必须加以控制的【de】电势【shì】诱发衰减(以下简称PID), 但这种衰减【jiǎn】与所【suǒ】有【yǒu】组件都相关。此【cǐ】时钠【nà】和其他杂质从玻璃【lí】向太【tài】阳能【néng】电池表面迁移【yí】，造成分流或去钝【dùn】[14]。
在电池、组件【jiàn】和【hé】系【xì】统层面，这种【zhǒng】衰减可以降【jiàng】至最低。通过【guò】为组【zǔ】件【jiàn】选择高【gāo】质量的封装【zhuāng】剂，例如合适的EVA或切换至聚烯烃薄膜(多见于双玻组件)也可以处理这个问题。
希【xī】望我们唤起了对mc-Si以及Cz-Si PERC太阳【yáng】能【néng】电池新衰减【jiǎn】机制的【de】充分意识。
通过本篇博【bó】文【wén】, 我们希望鼓励PERC太阳【yáng】能电池和【hé】组件生【shēng】产商【shāng】更好地改造设备、降低衰减, 并同时警示小【xiǎo】型屋顶安装商以及【jí】大型【xíng】公用事业EPC公司选择正确的光伏系统【tǒng】(对【duì】所选组件进行【háng】正确测试)。
为了避【bì】免因光【guāng】伏系统性【xìng】能不佳而【ér】引发【fā】的大量索赔，主要参与方【fāng】，即电池和组件【jiàn】制造商以及系统【tǒng】安【ān】装商对于这一【yī】问题【tí】的意识非常【cháng】重要, 同时【shí】这【zhè】也会避免对整个光伏行业可信【xìn】度造成潜在严重负面【miàn】影响。
祝人人好运, 做出【chū】明智的选择, 继续减少二氧化碳排放以【yǐ】拯救我们伟【wěi】大的蓝【lán】色星球。装机【jī】总量很【hěn】快【kuài】就会达到1TWp，我们希望只会出现【xiàn】极少【shǎo】数的衰减问题【tí】。
