據(jù)統(tǒng)計PERC電池產(chǎn)能在2018年底將達到65GW左右，標志著PERC技術已經(jīng)成為光伏行業(yè)的主流。預計2019年底PERC產(chǎn)能將達到近100GW，也就是p型電池技術將基本進入全面PERC的時代。
兩到三年前PERC技術的推廣還受限于LID(Light Induced Degradation)，抗LID衰減技術的突破使LID得到比較有效的控制[1]。然而，另外一種衰減現(xiàn)象LeTID(Light and elevated Temperature Induced Degradation)被行業(yè)一些廠家如Hanwha Q-cells、阿特斯等，和研究機構UNSW、Fraunhofer、ISC Konstanz等頻頻發(fā)出論文報道[2,3,4]。LeTID對PERC組件發(fā)電量影響很大，但光伏行業(yè)似乎對此“選擇性忽視”，甚至和LID混為一談。
LeTID到底是什么？LeTID與LID是一回事嗎？
我們先來介紹LID和LeTID的一些背景知識。
通常所說的LID，也就是光致衰減，其衰減速度很快，在幾天內(nèi)就可以達到飽和。對于LID衰減的研究非常充分，其產(chǎn)生機制也得到一致認可，主要是硅材料內(nèi)的硼氧缺陷對[5,6]。因為晶體生長方法的差異，單晶硅材料內(nèi)間隙氧含量遠高于多晶，從而LID衰減也遠高于多晶。PERC使用了背鈍化技術，有效少子壽命增加，電池效率大幅度提高，但是硼氧缺陷對造成的光衰也相應大幅度增加。PERC技術的大規(guī)模導入得益于抗LID衰減技術和設備的廣泛應用。
LeTID則比較復雜，沒有約定俗成的叫法，有時稱為“光熱衰減”。LeTID衰減最先在多晶上發(fā)現(xiàn)[2]，之后Hanwha Q-cells發(fā)表的論文確認在單晶、多晶PERC中都存在 [4]。今年9月Fraunhofer 在EU PVSEC發(fā)表的研究結果顯示，市場上獲取的商業(yè)組件，單多晶PERC組件都普遍存在LeTID，而單晶PERC的LeTID衰減遠大于多晶PERC。近期ISC Konstanz研究所發(fā)表在PV-Tech上的技術文章對LeTID衰減做了比較全面的總結[7]。我們在文章最后會列出一些有關LeTID的代表性文獻，供技術同行們細品。
關于LeTID的一些特性我們羅列一下：
如果LID體現(xiàn)的是正常溫度下的、且在短時間（幾天，一兩個月）就能達到飽和的衰減，那么LeTID則是高溫下（75℃或更高）、且較長時間（數(shù)月到數(shù)年）內(nèi)才能達到飽和的衰減；
導致LeTID衰減的機制包括氫致衰減、鈍化衰減、金屬雜質(zhì)等，而PERC電池的構造都與這些機制有關[8-12]。如果大家覺得LeTID既繞口又難懂，我們覺得叫它高溫LID(Light Induced Degradation at elevated temperature)更直觀；
LeTID是確確實實存在的，其衰減幅度可以超過10%，遠高于LID。Fraunhofer以及NREL研究人員非常系統(tǒng)地研究測試了組件工作時在不同環(huán)境下的溫度，也確實說明組件在沙漠和濕熱（推薦使用勤卓品牌高低溫濕熱試驗箱）地區(qū)溫度要超過75℃[13,14]。我們行業(yè)需要接受LeTID的存在，理解LeTID機理，進而找出LeTID的解決方案，這就像6、7年前大家理解和解決PID問題一樣；
LeTID組件端測試方法在各個權威測試機構是普遍認可的。在IEC 61215組件型式認證標準的修改草案中，采用電流注入方法來測試組件LeTID衰減。而電池端也在幾個月前開始了IEC標準“晶體硅電池LeTID衰減測試方法”的立項。
那么LeTID和LID是一回事嗎？答案是，LeTID（高溫LID）和LID是不同測試溫度下所體現(xiàn)出來的不同衰減行為，參與高溫LID衰減的影響因素更多，影響程度也更大。
因為歷史原因，目前行業(yè)普遍采用的LID測試溫度是比較低的(低于50℃)，因此并不能充分暴露PERC電池和組件產(chǎn)品的高溫衰減風險。這也是很多廠家宣稱LID衰減控制良好，但高溫LID衰減卻很大的原因。有些廠家過于輕視高溫LID衰減風險，簡單地采用改變摻雜的硅片來降低LID衰減，殊不知一葉障目，產(chǎn)品質(zhì)量風險巨大。
阿特斯研發(fā)團隊對高溫LID衰減機理和防控措施進行了長期深入研究，也自主研發(fā)了抗高溫LID衰減技術，應用在阿特斯的單多晶PERC產(chǎn)品上。同時還采用了較以上提到的IEC標準草案更為嚴苛的高溫LID衰減測試(電池測試溫度105℃)作為內(nèi)部標準。
阿特斯作為光伏行業(yè)高效多晶技術的領跑者，我們有信心給客戶提供高功率(≥370W)、高質(zhì)量(低衰減、低熱斑、高發(fā)電量)、高收益(低LCOE)、多種類型(單面、雙面)的多晶產(chǎn)品，早日實現(xiàn)光伏平價上網(wǎng)。
總結和建議：
1. LeTID（高溫LID）和常規(guī)LID機理不同，不能混為一談;
2. LeTID對組件發(fā)電量的確有很大影響，必須重視;
3. Fraunhofer在對市場上現(xiàn)有的光伏組件產(chǎn)品盲測中發(fā)現(xiàn)，單晶PERC組件比多晶LeTID（高溫LID）更嚴重;
4. 光伏行業(yè)應加速出臺新的測試標準，電池片和組件光衰測試不能只考慮常規(guī)LID，必須加嚴測試條件保證LeTID，即高溫LID的測量。
參考文獻：
[1] J. Schmidt, et al., “Investigation of carrier lifetime instabilities in Cz-grown silicon”, Proc. 26th, IEEE Photovoltaic Specialists Conference, 13-18, 1997 (德國ISFH)
[2] K. Ramspeck, et al.,“Light induced degradation of rear passivated mc-Si solar cells”, Proc. 27th Eur. Photovolt. Sol. Energy Conf. Exhib., 861-865, 2012 (德國SCHOTT Solar)
[3] F. Kersten, et al., “Degradation of multicrystalline silicon solar cells and modules after illumination at elevated temperature”, Solar Energy Materials and Solar Cells 142, 83–86, 2015 (韓華Q-cells)
[4] F. Fertig, et al., “Mass production of p-type Cz silicon solar cells approaching average stable conversion efficiencies of 22%, Energy Procedia, vol.124, pg.338-345, 2017 (韓華Q-cells)
[5] A. Herguth, et al., “A Detailed Study on Light-Induced Degradation of Cz-Si PERC-Type Solar Cells:Evidence of Rear Surface-Related Degradation”, in IEEE Journal of Photovoltaics, vol. 8, no. 5, pp. 1190-1201, 2018 (德國ISC Konstanz)
[6] D. Bredemeier, et al.,“Understanding the Light-induced Lifetime Degradation and Regeneration in Multicrystalline Silicon”, Energy Procedia 92, 773–778, 2016 (德國ISFH)
[7] R.Kopecek:
[8] E. Goma, et al., “Irradiance and temperature test method for Light and Elevated Temperature Induced Degradation and Regeneration on commercial PERC modules”, 35th European Photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition, Brussels, Belgium 2018 (德國Eternal Sun & 澳大利亞UNSW)
[9] K. Nakayashiki, et al.,“Engineering Solutions and Root-Cause Analysis for Light-Induced Degradation in p-Type Multicrystalline Silicon PERC Modules”, IEEE Journal of Photovoltaics 6,860–868, 2016 (新加坡Renewable Energy)
[10] T.H. Fung, et al., “A four-state kinetic model for the carrier-induced degradation in multicrystalline silicon: Introducing the reservoir state”, Solar Energy Materials and Solar Cells 184, 48–56, 2018 (澳大利亞UNSW)
[11] A. Wenham, et al., “Hydrogen Induced Degradation”, 7th World Conference on Photovoltaic Energy Conversion, Hawaii, 2018 (澳大利亞UNSW)
[12] D. Chawla, et al., “PERC Solar Modules: Risks and Mitigation Strategies”, ICF, 2017
[13] M. Koehl, et al.,“Modeling of the nominal operating cell temperature based on outdoor weathering”, Solar Energy Materials & Solar Cells 95, 1638–1646, 2011
[14] D. Miller, et al., “Creep in Photovoltaic Modules: Examining the Stability of Polymeric Materials and Components”, NREL/CP-5200-47718, Presented at the 35th IEEE Photovoltaic Specialists Conference, 2010 |
