抗PID工藝對多晶電池片表面質量的影響

劉東林+++周水生+++沈方濤

摘 要：PID現象和電池片表面的減反射膜的折射率有關，提高反射層的折射率可以有效地降低PID現象的發生。文章研究的主要內容是在不提高生產成本并且基本不降低效率的情況下，通過調整沉積時間與氣體流量，來提升電池片的折射率至2.13，以達到抗PID目的。

關鍵詞：電位誘發衰減、極性化（PID效應）；減反射膜；折射率；多晶電池

1 概述

晶體硅太陽能電池在使用過程中不排放和發射任何有害物質；沒有運動部件、無噪聲、重量輕、體積小、具有模塊化特征，可分散就地設置，建設周期短，工作壽命長20-25年，維護簡便，運行可靠等優點，是一種十分理想的可再生潔凈能源。

在實際應用中由于單個晶體硅太陽能組件輸出電壓和功率偏低，不能滿足生活或者生產需要，所以需要將多個組件串接。在長期高電壓作用下，組件中玻璃和封裝材料之間存在漏電現象，使得大量電荷和Na+離子富集在電池片表面，造成先是表面鈍化減反射膜失效，然后PN結失效，最終使得組件性能持續衰減。造成此類衰減的機理是多方面的，例如在上述高電壓的作用下，組件電池的封裝材料和組件上表面層及下表面層的材料中出現的離子遷移現象；電池中出現的熱載流子現象；電荷的再分配削減了電池的活性層；相關的電路被腐蝕等等。這些引起衰減的機理被稱之為電位誘發衰減、極性化（Potential Induced Degradation 即PID效應）[1]。

近年來PID已經成為國外買家投訴國內組件質量的重要因素之一，嚴重時候它可以引起一塊組件功率衰減50%以上，從而影響整個電站的功率輸出，因此組件的PID現象越來越受到光伏行業的重視[2]。

一些電站實際使用表明，光伏發電系統的系統電壓似乎存在對晶體硅電池組件有持續的PID效應，基于絲網印刷的晶體硅電池通過封裝材料對組件邊框形成的回路所導致的漏電流，被確認為是引發該效應的主要原因。目前為了有效降低PID Loss值，主要從電池、組件、系統三個方面來實現。從組件端來看，主要方法是使用特殊玻璃而非普通鈉鈣玻璃和高電阻率的封裝材料做成，但這使得組件的成本大大提高；從系統端來看，主要方法是組件邊框接地、逆變器直流段負極接地等，但這些方法只能緩慢PID衰減的速度；從電池端來看，改變電池片鈍化減反射膜層的工藝是主要研究方向之一。改變電池減反射層的折射率會降低電池片的發電效率，在不提高生產成本并且基本不降低效率的情況下，達到抗PID目的是文章研究的主要內容。

2 實驗部分

2.1 原理分析

PID現象和電池片表面的減反射膜的折射率有關，提高反射層的折射率可以有效地降低PID現象的發生。含Si多的減反層比含N多的減反層更可以抵抗PID現象。實驗表明：當折射率小于2.08后，組件很難通過PID測試；當減反射膜的折射率大于2.12后，PID現象不再被觀察到。通過調整工藝參數，提高折射率至2.12，從而可達到抗PID的目標。

2.2 實驗工藝對比

2.2.1 生產工藝實驗。采用生產工藝配方（詳見下表1）進行實驗，測試電池片的折射率、色差、效率和衰減情況，分階段進行小批量、整線和全線測試。

表1 生產工藝配方

采用生產工藝，生產片折射率可以達到要求：在2.12-2.20范圍內，但衰減為0.8%，且存在一定比例的明顯色差片，四周深藍中間淡藍或者四周發藍中間發白（見圖1a和1b）。經過分析這可能是由第一層時間過長、制絨不均勻等情況造成的Si含量高時，起到了一種類似飽和的效果Si原子傾向于從硅片中間向四周擴散沉積。

2.2.2 抗PID工藝實驗。對生產配方進行優化（即抗PID工藝），提升折射率至2.13以上，測試其折射率、色差、效率和衰減情況。

采用抗PID工藝后，折射率可以達到要求：在2.13-2.21內。效率雖與生產片相比降低了0.1%左右，衰減為0.6%，衰減方面兩者相當。但抗PID工藝鍍膜均勻性較好，不存在的色差（見圖2）。實驗表明，增加第一層折射率及較薄的膜厚（整體沉積時間較少）對于降低PID效應有重要的影響，但是較薄的膜厚表明第一層沉積時間的增加，這對于控制色差是不利的，在綜合了衰減及色差影響后，第一層沉積時間控制在230s（比生產工藝少40s），總體沉積時間在630s，膜厚在80nm左右，光學膜厚在180nm左右。

2.3 衰減結果與轉換效率

圖3中對抗PID工藝與生產工藝生產的電池片效率進行了對比，藍色的為抗PID工藝，紅色的生產工藝。抗PID工藝電池片平均效率為17.75%，生產片平均效率為17.83%，降低了0.08%。從多日的電池片數據分析看，抗PID工藝效率比生產片低0.07-0.1%。跟蹤了多日的組件衰減情況，抗PID工藝電池片與生產片衰減持平。這與業內認同的抗PID工藝衰減略低于生產片結果相一致。

圖3 抗PID工藝對效率的影響

3 結束語

（1）在雙層膜工藝基礎上，通過調整沉積時間和氣體流量，能提升電池片的折射率至2.13；（2）抗PID工藝電池片效率比生產片低0.1%左右，衰減結果一致；（3）采用抗PID工藝解決了多晶電池片邊緣發白的問題，產線合格率提高了1%左右。

參考文獻

[1]Berghold J，Frank O，Hoehne H，et al.Potential induced degrada-tion of solar cells and panels[A].25th European Photovoltaic SolarEnergy Conference and Exhibition/5th World Conference on Photo-voltaic Energy Conversion[C].Spain，Valencla，2010.

[2]del Cueto J A，McMahon T J.Analysis of leakage currents in photovoltaic modules under high-voltage bias in the field[J].Progress in Photovoltaics： Research and Applications，2002，10（1）：15-28.endprint

摘 要：PID現象和電池片表面的減反射膜的折射率有關，提高反射層的折射率可以有效地降低PID現象的發生。文章研究的主要內容是在不提高生產成本并且基本不降低效率的情況下，通過調整沉積時間與氣體流量，來提升電池片的折射率至2.13，以達到抗PID目的。

關鍵詞：電位誘發衰減、極性化（PID效應）；減反射膜；折射率；多晶電池

1 概述

晶體硅太陽能電池在使用過程中不排放和發射任何有害物質；沒有運動部件、無噪聲、重量輕、體積小、具有模塊化特征，可分散就地設置，建設周期短，工作壽命長20-25年，維護簡便，運行可靠等優點，是一種十分理想的可再生潔凈能源。

在實際應用中由于單個晶體硅太陽能組件輸出電壓和功率偏低，不能滿足生活或者生產需要，所以需要將多個組件串接。在長期高電壓作用下，組件中玻璃和封裝材料之間存在漏電現象，使得大量電荷和Na+離子富集在電池片表面，造成先是表面鈍化減反射膜失效，然后PN結失效，最終使得組件性能持續衰減。造成此類衰減的機理是多方面的，例如在上述高電壓的作用下，組件電池的封裝材料和組件上表面層及下表面層的材料中出現的離子遷移現象；電池中出現的熱載流子現象；電荷的再分配削減了電池的活性層；相關的電路被腐蝕等等。這些引起衰減的機理被稱之為電位誘發衰減、極性化（Potential Induced Degradation 即PID效應）[1]。

近年來PID已經成為國外買家投訴國內組件質量的重要因素之一，嚴重時候它可以引起一塊組件功率衰減50%以上，從而影響整個電站的功率輸出，因此組件的PID現象越來越受到光伏行業的重視[2]。

一些電站實際使用表明，光伏發電系統的系統電壓似乎存在對晶體硅電池組件有持續的PID效應，基于絲網印刷的晶體硅電池通過封裝材料對組件邊框形成的回路所導致的漏電流，被確認為是引發該效應的主要原因。目前為了有效降低PID Loss值，主要從電池、組件、系統三個方面來實現。從組件端來看，主要方法是使用特殊玻璃而非普通鈉鈣玻璃和高電阻率的封裝材料做成，但這使得組件的成本大大提高；從系統端來看，主要方法是組件邊框接地、逆變器直流段負極接地等，但這些方法只能緩慢PID衰減的速度；從電池端來看，改變電池片鈍化減反射膜層的工藝是主要研究方向之一。改變電池減反射層的折射率會降低電池片的發電效率，在不提高生產成本并且基本不降低效率的情況下，達到抗PID目的是文章研究的主要內容。

2 實驗部分

2.1 原理分析

PID現象和電池片表面的減反射膜的折射率有關，提高反射層的折射率可以有效地降低PID現象的發生。含Si多的減反層比含N多的減反層更可以抵抗PID現象。實驗表明：當折射率小于2.08后，組件很難通過PID測試；當減反射膜的折射率大于2.12后，PID現象不再被觀察到。通過調整工藝參數，提高折射率至2.12，從而可達到抗PID的目標。

2.2 實驗工藝對比

2.2.1 生產工藝實驗。采用生產工藝配方（詳見下表1）進行實驗，測試電池片的折射率、色差、效率和衰減情況，分階段進行小批量、整線和全線測試。

表1 生產工藝配方

采用生產工藝，生產片折射率可以達到要求：在2.12-2.20范圍內，但衰減為0.8%，且存在一定比例的明顯色差片，四周深藍中間淡藍或者四周發藍中間發白（見圖1a和1b）。經過分析這可能是由第一層時間過長、制絨不均勻等情況造成的Si含量高時，起到了一種類似飽和的效果Si原子傾向于從硅片中間向四周擴散沉積。

2.2.2 抗PID工藝實驗。對生產配方進行優化（即抗PID工藝），提升折射率至2.13以上，測試其折射率、色差、效率和衰減情況。

采用抗PID工藝后，折射率可以達到要求：在2.13-2.21內。效率雖與生產片相比降低了0.1%左右，衰減為0.6%，衰減方面兩者相當。但抗PID工藝鍍膜均勻性較好，不存在的色差（見圖2）。實驗表明，增加第一層折射率及較薄的膜厚（整體沉積時間較少）對于降低PID效應有重要的影響，但是較薄的膜厚表明第一層沉積時間的增加，這對于控制色差是不利的，在綜合了衰減及色差影響后，第一層沉積時間控制在230s（比生產工藝少40s），總體沉積時間在630s，膜厚在80nm左右，光學膜厚在180nm左右。

2.3 衰減結果與轉換效率

圖3中對抗PID工藝與生產工藝生產的電池片效率進行了對比，藍色的為抗PID工藝，紅色的生產工藝。抗PID工藝電池片平均效率為17.75%，生產片平均效率為17.83%，降低了0.08%。從多日的電池片數據分析看，抗PID工藝效率比生產片低0.07-0.1%。跟蹤了多日的組件衰減情況，抗PID工藝電池片與生產片衰減持平。這與業內認同的抗PID工藝衰減略低于生產片結果相一致。

圖3 抗PID工藝對效率的影響

3 結束語

（1）在雙層膜工藝基礎上，通過調整沉積時間和氣體流量，能提升電池片的折射率至2.13；（2）抗PID工藝電池片效率比生產片低0.1%左右，衰減結果一致；（3）采用抗PID工藝解決了多晶電池片邊緣發白的問題，產線合格率提高了1%左右。

參考文獻

[1]Berghold J，Frank O，Hoehne H，et al.Potential induced degrada-tion of solar cells and panels[A].25th European Photovoltaic SolarEnergy Conference and Exhibition/5th World Conference on Photo-voltaic Energy Conversion[C].Spain，Valencla，2010.

[2]del Cueto J A，McMahon T J.Analysis of leakage currents in photovoltaic modules under high-voltage bias in the field[J].Progress in Photovoltaics： Research and Applications，2002，10（1）：15-28.endprint

摘 要：PID現象和電池片表面的減反射膜的折射率有關，提高反射層的折射率可以有效地降低PID現象的發生。文章研究的主要內容是在不提高生產成本并且基本不降低效率的情況下，通過調整沉積時間與氣體流量，來提升電池片的折射率至2.13，以達到抗PID目的。

關鍵詞：電位誘發衰減、極性化（PID效應）；減反射膜；折射率；多晶電池

1 概述

晶體硅太陽能電池在使用過程中不排放和發射任何有害物質；沒有運動部件、無噪聲、重量輕、體積小、具有模塊化特征，可分散就地設置，建設周期短，工作壽命長20-25年，維護簡便，運行可靠等優點，是一種十分理想的可再生潔凈能源。

在實際應用中由于單個晶體硅太陽能組件輸出電壓和功率偏低，不能滿足生活或者生產需要，所以需要將多個組件串接。在長期高電壓作用下，組件中玻璃和封裝材料之間存在漏電現象，使得大量電荷和Na+離子富集在電池片表面，造成先是表面鈍化減反射膜失效，然后PN結失效，最終使得組件性能持續衰減。造成此類衰減的機理是多方面的，例如在上述高電壓的作用下，組件電池的封裝材料和組件上表面層及下表面層的材料中出現的離子遷移現象；電池中出現的熱載流子現象；電荷的再分配削減了電池的活性層；相關的電路被腐蝕等等。這些引起衰減的機理被稱之為電位誘發衰減、極性化（Potential Induced Degradation 即PID效應）[1]。

近年來PID已經成為國外買家投訴國內組件質量的重要因素之一，嚴重時候它可以引起一塊組件功率衰減50%以上，從而影響整個電站的功率輸出，因此組件的PID現象越來越受到光伏行業的重視[2]。

一些電站實際使用表明，光伏發電系統的系統電壓似乎存在對晶體硅電池組件有持續的PID效應，基于絲網印刷的晶體硅電池通過封裝材料對組件邊框形成的回路所導致的漏電流，被確認為是引發該效應的主要原因。目前為了有效降低PID Loss值，主要從電池、組件、系統三個方面來實現。從組件端來看，主要方法是使用特殊玻璃而非普通鈉鈣玻璃和高電阻率的封裝材料做成，但這使得組件的成本大大提高；從系統端來看，主要方法是組件邊框接地、逆變器直流段負極接地等，但這些方法只能緩慢PID衰減的速度；從電池端來看，改變電池片鈍化減反射膜層的工藝是主要研究方向之一。改變電池減反射層的折射率會降低電池片的發電效率，在不提高生產成本并且基本不降低效率的情況下，達到抗PID目的是文章研究的主要內容。

2 實驗部分

2.1 原理分析

PID現象和電池片表面的減反射膜的折射率有關，提高反射層的折射率可以有效地降低PID現象的發生。含Si多的減反層比含N多的減反層更可以抵抗PID現象。實驗表明：當折射率小于2.08后，組件很難通過PID測試；當減反射膜的折射率大于2.12后，PID現象不再被觀察到。通過調整工藝參數，提高折射率至2.12，從而可達到抗PID的目標。

2.2 實驗工藝對比

2.2.1 生產工藝實驗。采用生產工藝配方（詳見下表1）進行實驗，測試電池片的折射率、色差、效率和衰減情況，分階段進行小批量、整線和全線測試。

表1 生產工藝配方

采用生產工藝，生產片折射率可以達到要求：在2.12-2.20范圍內，但衰減為0.8%，且存在一定比例的明顯色差片，四周深藍中間淡藍或者四周發藍中間發白（見圖1a和1b）。經過分析這可能是由第一層時間過長、制絨不均勻等情況造成的Si含量高時，起到了一種類似飽和的效果Si原子傾向于從硅片中間向四周擴散沉積。

2.2.2 抗PID工藝實驗。對生產配方進行優化（即抗PID工藝），提升折射率至2.13以上，測試其折射率、色差、效率和衰減情況。

采用抗PID工藝后，折射率可以達到要求：在2.13-2.21內。效率雖與生產片相比降低了0.1%左右，衰減為0.6%，衰減方面兩者相當。但抗PID工藝鍍膜均勻性較好，不存在的色差（見圖2）。實驗表明，增加第一層折射率及較薄的膜厚（整體沉積時間較少）對于降低PID效應有重要的影響，但是較薄的膜厚表明第一層沉積時間的增加，這對于控制色差是不利的，在綜合了衰減及色差影響后，第一層沉積時間控制在230s（比生產工藝少40s），總體沉積時間在630s，膜厚在80nm左右，光學膜厚在180nm左右。

2.3 衰減結果與轉換效率

圖3中對抗PID工藝與生產工藝生產的電池片效率進行了對比，藍色的為抗PID工藝，紅色的生產工藝。抗PID工藝電池片平均效率為17.75%，生產片平均效率為17.83%，降低了0.08%。從多日的電池片數據分析看，抗PID工藝效率比生產片低0.07-0.1%。跟蹤了多日的組件衰減情況，抗PID工藝電池片與生產片衰減持平。這與業內認同的抗PID工藝衰減略低于生產片結果相一致。

圖3 抗PID工藝對效率的影響

3 結束語

（1）在雙層膜工藝基礎上，通過調整沉積時間和氣體流量，能提升電池片的折射率至2.13；（2）抗PID工藝電池片效率比生產片低0.1%左右，衰減結果一致；（3）采用抗PID工藝解決了多晶電池片邊緣發白的問題，產線合格率提高了1%左右。

參考文獻

[1]Berghold J，Frank O，Hoehne H，et al.Potential induced degrada-tion of solar cells and panels[A].25th European Photovoltaic SolarEnergy Conference and Exhibition/5th World Conference on Photo-voltaic Energy Conversion[C].Spain，Valencla，2010.

[2]del Cueto J A，McMahon T J.Analysis of leakage currents in photovoltaic modules under high-voltage bias in the field[J].Progress in Photovoltaics： Research and Applications，2002，10（1）：15-28.endprint