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【科普】什么是光伏电池光衰?

来源: /  作者:   时间: 2017/12/21 15:24:20

光伏组件制作完成之后,进行功率测试时,组件功率正常,但在光伏电站安装并运营时发现组功率衰减较大,这种现象大多是由于光伏电池光衰引起的。光伏电池光衰可分为两个阶段:初始光致衰减和老化衰减。


初始光致衰减


初始的光致衰减,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了少子寿命。通过改变P型掺杂剂,用稼代替硼能有效的减小光致衰减;或者对电池片进行预光照处理,是电池的初始光致衰减发生在组件制造之前,光伏组件的初始光致衰减就能控制在一个很小的范围之内,同时也提高组件的输出稳定性。


电池片光衰更多的与电池片厂家有关,对于组件厂商的意义在于选择高质量的电池片来降低光致衰减带来的影响。


老化衰减


老化衰减是指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。其中紫外光的照射时导致组件主材性能退化的主要原因。紫外线的长期照射,使得EVA及背板(TPE结构)发生老化黄变现象,导致组件透光率下降,进而引起功率下降。


这就要求组件厂商在选择EVA及背板时,必须严格把关,所选材料在耐老化性能方面必须非常优秀,以减小因辅材老化而引起组件功率衰减。


光致衰减机理


P型(掺硼)晶体硅太阳电池的早期光致衰减现象是在30多年前观察到的,随后人们对此进行了大量的科学研究。特别是最近几年,科学研究发现它与硅片中的硼氧浓度有关,大家基本一致的看法是光照或电流注人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,但经过退火处理,少子寿命又可被恢复,其可能的反应为:


据文献报道,含有硼和氧的硅片经过光照后其少子寿命会出现不同程度的衰减,硅片中的硼、氧含量越大,在光照或电流注人条件下在其体内产生的硼氧复合体越多,其少子寿命降低的幅度就越大。而在低氧、掺稼、掺磷的硅片中,其少子寿命随光照时间的增加,总体衰减幅度极小。


解决措施


1.改善硅单晶质量


太阳电池性能的早期光致衰减现象主要发生在单晶硅太阳电池上,对于多晶硅太阳电池来讲,其转换效率的早期光致衰减幅度就很小。由此可见硅片自身的性质决定了太阳电池性能的早期光致衰减程度。因此要解决光伏组件的早期光致衰减问题。就必须从解决硅片问题人手。下面就几个方案进行讨论。


A、改进掺硼P型直拉单晶硅棒的质量


一些单晶棒的质量确实令人担忧,如果不能有效的改变这一状况将严重影响光伏产业的健康发展在掺硼直拉单晶产品中主要存在的问题和改进措施:


1)由于原始高纯多晶硅料短缺一些拉棒公司就掺了一些不应该使用的基磷和其它有害杂质含量高的质次的硅料。使用此类材料生产的太阳电池不但效率低,而且早期光致衰减幅度非常大。我们强烈要求不使用低质量的硅料。


2)在高纯多晶硅料中掺人过多低电阻率N型硅料苰IC的废N型硅片等。所制造出的掺硼CZ硅棒是一种高补偿的P型单晶材料。尽管电阻率合适,但硼一氧浓度非常高从而导致太阳电池性能出现较大幅度的早期光致衰减。我们强烈要求不使用低电阻率N型硅料。


3)一些公司拉棒工艺不过关,晶体硅中氧含量过高,内应力大,位错缺陷密度高,电阻率不均匀,都直接影响了太阳电池的效率及稳定性。我们希望改进拉棒工艺。控制氧含量。


用上述几种硅片制作的电池有较大幅度的早期光致衰减,会超出客户所能接受的范围。其实直拉单晶工艺是很成熟的,只要我们把好用料质量关,按正规拉棒工艺生产,硅棒的质量是可以得到较好控制的。


B、利用磁控直拉硅单晶工艺(MCZ)改进单晶硅棒产品质量


此工艺不仅能控制单晶中的氧浓度,也使硅单晶纵向、径向电阻率均匀性得到改善这种工艺已在国内部分拉棒公司开始试用。


C、利用区熔单晶硅工艺(FZ)改进单晶硅棒产品质量


区熔单晶硅工艺避免了直拉工艺中大量氧进人硅晶体的固有缺陷,从而彻底解决了P型(掺硼)太阳电池的早期光致衰减现象。因FZ工艺成本较高,主要用于IC和其它半导体器件的硅片制造,但目前一些公司已对FZ工艺进行相关改造,降低了成本。以适合于太阳电池硅片的制造。国内一些拉棒公司已开展了这方面的试制工作


D、改变掺杂剂,用镓代替硼


用掺稼的硅片制作的电池,没有发现太阳电池的早期光致衰减现象,也是解决太阳电池早期光致衰减的办法之一。


E、使用掺磷的N型硅片代替掺硼的P型硅片


使用诰硅片也是解决电池初试光致衰减问题的方法之一但从目前产业化的丝网印刷诰电池工艺来看,诰电池在转换效率和制造成本上还没有优势,一些关键工艺有待解决


2.对电池片进行先前光照衰减


由于光伏组件的早期光致衰减是由电池的早期光致衰减导致的,对电池片进行光照预衰减,使电池的早期光致衰减发生在组件制造之前。光伏组件的早期光致衰减就非常小了,完全可以控制在测量误差之内。同时也大幅度地减少了光伏组件出现热斑的几率。


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