图片来源：韩华 Q Cells
太【tài】阳能光伏正在迅速成为全球成本最低的电力来源。平准化度电成【chéng】本已达到【dào】约【yuē】2ct/kWh。EDF/马【mǎ】斯【sī】达尔在【zài】沙特阿拉伯招【zhāo】标的一处【chù】项目的价格【gé】首【shǒu】次低于2USct/kWh[1]。
未来几【jǐ】年, 这一数字会降至【zhì】约1USct/kWh及以下【xià】，从而令每个人都能够负担用电。这也是高效率低【dī】成本【běn】新技术所取【qǔ】得的【de】成【chéng】就，例如像【xiàng】用在水平单轴跟踪系统【tǒng】这【zhè】种简【jiǎn】单【dān】跟踪系统中的PERC、PERT和【hé】双面组【zǔ】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【néng】过剩，亚洲生产【chǎn】商有可【kě】能经历第二次大危机。首次产能过剩问题出【chū】现在2011年，第【dì】二次下【xià】行可归【guī】因于现有生产线向【xiàng】PERC的升【shēng】级。
2017年【nián】, 太阳能电池【chí】和组件产【chǎn】能约为125GW, 其中35GW是PERC技术。预【yù】计至2018年年底, 总产能将达【dá】到【dào】160-170GW, 其【qí】中60-70GW 为PERC[2]。
然而, 预计2018年的下【xià】游光伏【fú】需求【qiú】将低于100GWp [3]。这意味着许多电池生产线或会处于闲置【zhì】状【zhuàng】态, 多个GW的组件也将堆【duī】放【fàng】在【zài】仓【cāng】库中。
正如前【qián】文所述, 需要【yào】研发【fā】创新型产【chǎn】品以【yǐ】进一步降低平准化【huà】度电成本。然而, 向PERC转型的进展是【shì】如此迅【xùn】速，以至于许【xǔ】多【duō】PERC生产商都【dōu】未能把重【chóng】心放在产品质量【liàng】上。
PERC是一【yī】项【xiàng】成熟的技术【shù】, 工艺相对简单, 因而持有成本也【yě】较低。2018年三月，隆基公司推出的无栅线金属【shǔ】接触设计【jì】PERC技术取得了【le】23.6%的效率【lǜ】，创下纪录。这一纪录于【yú】2018年5月被晶【jīng】科能源【yuán】以23.95%的效率【lǜ】超【chāo】越。
效率创【chuàng】下【xià】纪录固然可喜，但【dàn】起【qǐ】决【jué】定作用的是批量生产转换效率以及【jí】工【gōng】艺的长期稳【wěn】定性。“硅基组件超级联盟”大型成员 (如韩华Q cells、晶澳太阳能、隆基、天合光能、晶科能源【yuán】和阿特斯) 的平均【jun1】转换效率均达【dá】到了21.5%-22%。与【yǔ】Al-BSF标准技【jì】术相比, 这是非常出色的记录。Al-BSF标准【zhǔn】技【jì】术已占据市场数十年，而最【zuì】佳平【píng】均效率【lǜ】几【jǐ】乎未超【chāo】过20%。
在【zài】谈及衰减时, 我们【men】不确【què】定是否所有PERC生产【chǎn】商【shāng】都了解设备可能会遭遇额【é】外衰减【jiǎn】效应【yīng】的挑战。本【běn】篇博文介【jiè】绍的就是这一方面的相关内【nèi】容：
了解PERC太阳电池的主导衰减机制
在参观展会【huì】或拜访业内厂【chǎng】家时，我们常常会【huì】发现，那么多有责【zé】任心的PERC生产科学工作者竟从未听说过PERC设备可能会出现严【yán】重衰减，尤其是热辅助【zhù】光【guāng】致衰减(以下简称LeTID，又名电致【zhì】衰【shuāi】减，简【jiǎn】称CID)，这令【lìng】人【rén】感【gǎn】到惊【jīng】讶。
在“2018年第四【sì】届PERC太阳能【néng】电池和双【shuāng】面组件论坛” [4]大会上， LeTID也【yě】没有成为一个真正的【de】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LID问【wèn】题，我们一直在稳定产品【pǐn】性能。”
更加了【le】解情况【kuàng】的人会这样回答，“LeTID影响的仅仅是mc-Si PERC，但我【wǒ】们生产的是【shì】Cz-Si PERC。”
这些说法都是错的。即使【shǐ】人们是【shì】在mc-Si PERC电池上首次观【guān】察到LeTID现象，这也是【shì】会发生在Cz-Si PERC组【zǔ】件上【shàng】的有【yǒu】害现【xiàn】象，会造成严重衰减。在LeTID加速衰减之后数【shù】周，有【yǒu】时功率【lǜ】衰减【jiǎn】仍会超过【guò】10%。
因【yīn】此, PI Berlin测试了许多市面上的【de】PERC组【zǔ】件并进行了持【chí】续的测试。在经历了为期六周的加【jiā】速衰减辐照后，大【dà】多数不【bú】同被测组件的 (截止目【mù】前约【yuē】有10个) 功率【lǜ】衰减达到5%或更高—而衰减曲【qǔ】线【xiàn】似【sì】乎并未饱和。
此外, 在运行9-21年后，虽然许【xǔ】多PERC光伏【fú】系【xì】统仍【réng】然“还在那里”，但是【shì】组件衰减了近20%，这简【jiǎn】直是一个悲剧。
PI Berlin对一【yī】种商用【yòng】单晶PERC组件【jiàn】进行了为期六周的测试【shì】，用于评估组件参数【shù】对LeTID的影响【xiǎng】。
图【tú】 1 为PI Berlin测出【chū】的【de】典型衰【shuāi】减曲线。2018年6月[7]，慕尼黑国【guó】际太阳能展举办的“组件【jiàn】测试”会议介【jiè】绍了这一曲线【xiàn】。该会议是【shì】由PHOTON组织【zhī】的LeTID和双面专【zhuān】题研【yán】讨会。
在75°C 、0.5A注入电流【liú】情况下，六周后这一市售Cz-Si PERC组件的功【gōng】率相对衰【shuāi】减了5%，并【bìng】且似【sì】乎仍在继续衰减。数【shù】个团体声称， nPERT组件也可【kě】能存在这【zhè】类【lèi】问【wèn】题[8]。
我们目前正在【zài】进行BiSoN (nPERT) 、MoSoN (nPERT背结式)和【hé】ZEBRA (IBC)电池加速LeTID衰减试验【yàn】，目前【qián】为止没【méi】有经历过如此【cǐ】严重的【de】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?虽然人们认为已经了【le】解了硼氧化合物的【de】形成机制，甚至【zhì】能控【kòng】制这种【zhǒng】效应，那么为什么PERC太【tài】阳能电【diàn】池仍然会出现衰减?更【gèng】加先进【jìn】的设【shè】备的衰减机【jī】制变得更为复【fù】杂, 而简单Al-BSF(背场)电池的衰【shuāi】减机制【zhì】也是如【rú】此。
这种现【xiàn】象不仅限于不同水平下的【de】效率【lǜ】。在【zài】更复杂的设【shè】备【bèi】结构中，衰减的可【kě】能【néng】性更大、更为明显。就PERC而言，背面电介【jiè】质一方面提高了效率【lǜ】, 但【dàn】如果无【wú】法【fǎ】满足最【zuì】高启动效率和设备长期稳定性需求【qiú】，也会【huì】带来【lái】麻烦。
表【biǎo】2为典型的PERC设【shè】备截面，总结【jié】了目前已知的三种最严重的衰减机制【zhì】。
PERC在【zài】LeTID中经历的三种重【chóng】要衰减机制为1) LID, 2) HID 及【jí】3) 背部电介【jiè】质去钝处理【lǐ】。图片来源：PI Berlin
光致衰减(LID)：光致衰减广【guǎng】为【wéi】人知、也是人们了解最多【duō】的【de】衰减形式。这【zhè】种衰减基于硼氧化合【hé】物【wù】形成【chéng】的基础之上。可以【yǐ】通过表一列举【jǔ】的几种措【cuò】施部【bù】分消【xiāo】除这种现象。
氢致【zhì】衰【shuāi】减(以下简称HID)：氢致衰减是LeTID测试的原因，首【shǒu】见于【yú】mc-Si PERC设【shè】备【bèi】。[5]为相【xiàng】关报道。单【dān】晶PERC设备中【zhōng】也发现了这种现象【xiàng】[6]。已知【zhī】的【de】是这种衰减是由于【yú】设备【bèi】中氢含量太高造成的，已故教授Stuart Wenham [10]提出【chū】的木桶理论比喻完美的总结【jié】了这【zhè】一现象。
这是因为在大多数情况下, 背【bèi】面钝化是由相【xiàng】当厚的 (相对于正面钝化) 富【fù】氢电【diàn】介质实现【xiàn】的。释【shì】放的氢进【jìn】入硅块, 形【xíng】成弱氢键，钝化了缺陷部位。这些氢键很容易【yì】由于温【wēn】度和光照受到破【pò】坏【huài】, 以【yǐ】更快的【de】速【sù】度释放弱【ruò】键氢, 从而导【dǎo】致衰【shuāi】减。
随【suí】着时间的推移, 恢复进程被【bèi】激活，然后达到饱和状【zhuàng】态。释放的【de】氢又会形成氢键，稳定的氢键会钝【dùn】化缺陷【xiàn】部【bù】位【wèi】。在【zài】LeTiD测试【shì】工况下，稳定的氢键不受【shòu】影响。表一总【zǒng】结了能【néng】够将HID效应降【jiàng】至最低的【de】措施。
裸硅片钝【dùn】化衰减: 很难找【zhǎo】出造【zào】成衰【shuāi】减的真正主导原因。最【zuì】近【jìn】康斯坦【tǎn】茨大学的【de】A. Herguth和【hé】他的团队发现, PERC太阳能电池的衰【shuāi】减【jiǎn】部【bù】分是由于背面电介质去【qù】钝效应【yīng】造成的[11]。IBC太阳能电池正面也发现了【le】这种衰减【jiǎn】效应。
就IBC电池而言，至少【shǎo】需要【yào】一个浅FSF(正面【miàn】场; 例如【rú】n型Cz-Si电池磷扩【kuò】散涂层)才能不产生这种【zhǒng】效【xiào】应。
下图3a和3b为不同部位的【de】测试示例, 顶【dǐng】部是【shì】mc-Si PERC组件，底部是Cz-Si组件，如【rú】图所示，出现了严【yán】重衰减。
3a和3b为不同部位的测试示例【lì】, 顶部是mc-Si PERC组【zǔ】件，底【dǐ】部【bù】是Cz-Si组件【jiàn】，如图【tú】所示，出现了严【yán】重衰减。图片来源：eternal sun
在LeTID测试期间, 所有三种【zhǒng】 (或两【liǎng】种) 描述的效应都可能【néng】会被激活, 必须对所有有问题【tí】的【de】组件进行更详细的【de】检【jiǎn】查【chá】, 以便找到【dào】设备中最【zuì】关键【jiàn】的衰减机制。确【què】定之后就【jiù】可以测试降低衰减的解决【jué】方案。
Eternal sun的LeTID试验 (左) [12] 和Frauhofer CSP 的【de】 mc-和 Cz-PERC组件LeTID试验 (右) [13]。在【zài】Fraunhofer CSP试验中，所有组件就【jiù】LID而【ér】言都实现了稳定。右图【tú】所示的【de】Pmpp下【xià】降未包【bāo】含【hán】由于硼氧化合物【wù】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【suǒ】述, PERC 太【tài】阳能电池和【hé】组件的【de】衰减非常复杂, 不【bú】能轻易用一种衰减【jiǎn】机制来【lái】理解。PERC组件似乎【hū】在高【gāo】温下受到【dào】的影响更【gèng】大【dà】。在质量测试程序【xù】中，TÜV也确定了【le】这【zhè】种测试。表I (见下【xià】文) 总结【jié】了最严重的衰减影响以及【jí】为了通过TÜV测试而降低衰减影响的可行解决方案。
PERC衰减和【hé】可行【háng】解决方【fāng】案小结。图片来【lái】源：Fraunhofer CSP
当然【rán】还有必须加【jiā】以【yǐ】控制的电势诱发衰减(以【yǐ】下简称PID), 但这种衰减与所【suǒ】有组件都【dōu】相关。此时钠和【hé】其他杂质从玻【bō】璃向太阳能电【diàn】池表面迁【qiān】移【yí】，造成【chéng】分流或去钝[14]。
在【zài】电池、组【zǔ】件和【hé】系统层面，这种衰减可【kě】以降至最低。通过为组【zǔ】件选择【zé】高质量【liàng】的封装剂，例如合适【shì】的EVA或切【qiē】换至聚烯烃薄膜(多见于双玻组【zǔ】件)也【yě】可以处理这【zhè】个问【wèn】题。
希望我们唤起了【le】对mc-Si以及Cz-Si PERC太阳能电池新衰【shuāi】减【jiǎn】机制【zhì】的充分意识【shí】。
通【tōng】过本篇博【bó】文, 我们【men】希望鼓【gǔ】励PERC太阳能电池和组【zǔ】件生产商更好地【dì】改造设备、降低衰减, 并【bìng】同时警示小型【xíng】屋顶安【ān】装商以【yǐ】及大型公【gōng】用事业EPC公司【sī】选择正确的【de】光【guāng】伏系统(对所选【xuǎn】组件进【jìn】行正确测试)。
为了避免因光伏【fú】系统性能不佳而引发的大量【liàng】索赔【péi】，主要参与方，即电池和组【zǔ】件制造商以【yǐ】及【jí】系统安装【zhuāng】商对于这【zhè】一【yī】问题的意识非常【cháng】重【chóng】要【yào】, 同时这也会避免【miǎn】对整个光伏行业可信度造成潜在严重【chóng】负面影响【xiǎng】。
祝人人好运, 做出明【míng】智的选择【zé】, 继续减少二氧化【huà】碳排【pái】放以拯救我们伟大【dà】的蓝【lán】色星球【qiú】。装机总量很快就【jiù】会达到【dào】1TWp，我们希望只会出现【xiàn】极少数【shù】的衰减问题。
