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LeTID和LID是一回事吗?

光伏电池组件  来源:摩尔光伏  作者:阿特斯  2018/12/25 10:56:23  我要投稿  
关键词: PERC LeTID LID

北极星太阳能光伏网讯:计2019年底PERC产能将达到近100GW,也就是p型电池技术将基本进入全面PERC的时代。

(来源:摩尔光伏微信公众号  ID:molepv)

两到三年前PERC技术的推广还受限于LID(Light Induced Degradation),抗LID衰减技术的突破使LID得到比较有效的控制[1]。然而,另外一种衰减现象LeTID(Light and elevated Temperature Induced Degradation)被行业一些厂家如Hanwha Q-cells、阿特斯等,和研究机构UNSW、Fraunhofer、ISC Konstanz等频频发出论文报道[2,3,4]。LeTID对PERC组件发电量影响很大,但光伏行业似乎对此“选择性忽视”,甚至和LID混为一谈。

LeTID到底是什么?LeTID与LID是一回事吗?

我们先来介绍LID和LeTID的一些背景知识。

通常所说的LID,也就是光致衰减,其衰减速度很快,在几天内就可以达到饱和。对于LID衰减的研究非常充分,其产生机制也得到一致认可,主要是硅材料内的硼氧缺陷对[5,6]。因为晶体生长方法的差异,单晶硅材料内间隙氧含量远高于多晶,从而LID衰减也远高于多晶。PERC使用了背钝化技术,有效少子寿命增加,电池效率大幅度提高,但是硼氧缺陷对造成的光衰也相应大幅度增加。PERC技术的大规模导入得益于抗LID衰减技术和设备的广泛应用。

LeTID则比较复杂,没有约定俗成的叫法,有时称为“光热衰减”。LeTID衰减最先在多晶上发现[2],之后Hanwha Q-cells发表的论文确认在单晶、多晶PERC中都存在[4]。今年9月Fraunhofer 在EU PVSEC发表的研究结果显示,市场上获取的商业组件,单多晶PERC组件都普遍存在LeTID,而单晶PERC的LeTID衰减远大于多晶PERC。近期ISC Konstanz研究所发表在PV-Tech上的技术文章对LeTID衰减做了比较全面的总结[7]。我们在文章最后会列出一些有关LeTID的代表性文献,供技术同行们细品。

关于LeTID的一些特性我们罗列一下:

如果LID体现的是正常温度下的、且在短时间(几天,一两个月)就能达到饱和的衰减,那么LeTID则是高温下(75℃或更高)、且较长时间(数月到数年)内才能达到饱和的衰减;

导致LeTID衰减的机制包括氢致衰减、钝化衰减、金属杂质等,而PERC电池的构造都与这些机制有关[8-12]。如果大家觉得LeTID既绕口又难懂,我们觉得叫它高温LID(Light Induced Degradation at elevated temperature)更直观;

LeTID是确确实实存在的,其衰减幅度可以超过10%,远高于LID。Fraunhofer以及NREL研究人员非常系统地研究测试了组件工作时在不同环境下的温度,也确实说明组件在沙漠和湿热地区温度要超过75℃[13,14]。我们行业需要接受LeTID的存在,理解LeTID机理,进而找出LeTID的解决方案,这就像6、7年前大家理解和解决PID问题一样;

LeTID组件端测试方法在各个权威测试机构是普遍认可的。在IEC 61215组件型式认证标准的修改草案中,采用电流注入方法来测试组件LeTID衰减。而电池端也在几个月前开始了IEC标准“晶体硅电池LeTID衰减测试方法”的立项。

那么LeTID和LID是一回事吗?答案是,LeTID(高温LID)和LID是不同测试温度下所体现出来的不同衰减行为,参与高温LID衰减的影响因素更多,影响程度也更大。

因为历史原因,目前行业普遍采用的LID测试温度是比较低的(低于50℃),因此并不能充分暴露PERC电池和组件产品的高温衰减风险。这也是很多厂家宣称LID衰减控制良好,但高温LID衰减却很大的原因。有些厂家过于轻视高温LID衰减风险,简单地采用改变掺杂的硅片来降低LID衰减,殊不知一叶障目,产品质量风险巨大。

阿特斯研发团队对高温LID衰减机理和防控措施进行了长期深入研究,也自主研发了抗高温LID衰减技术,应用在阿特斯的单多晶PERC产品上。同时还采用了较以上提到的IEC标准草案更为严苛的高温LID衰减测试(电池测试温度105℃)作为内部标准。

阿特斯作为光伏行业高效多晶技术的领跑者,我们有信心给客户提供高功率(≥370W)、高质量(低衰减、低热斑、高发电量)、高收益(低LCOE)、多种类型(单面、双面)的多晶产品,早日实现光伏平价上网。

总结和建议:

1. LeTID(高温LID)和常规LID机理不同,不能混为一谈;

2. LeTID对组件发电量的确有很大影响,必须重视;

3. Fraunhofer在对市场上现有的光伏组件产品盲测中发现,单晶PERC组件比多晶LeTID(高温LID)更严重;

4. 光伏行业应加速出台新的测试标准,电池片和组件光衰测试不能只考虑常规LID,必须加严测试条件保证LeTID,即高温LID的测量。

参考文献:

[1] J. Scht, et al., “Investigation of carrier lifetime instabilities in Cz-grown silicon”, Proc. 26th, IEEE Photovoltaic Specialists Conference, 13-18, 1997 (德国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 (德国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 (韩华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 (韩华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 (德国ISC Konstanz)

[6] D. Bredemeier, et al.,“Understanding the Light-induced Lifetime Degradation and Regeneration in Multicrystalline Silicon”, Energy Procedia 92, 773–778, 2016 (德国ISFH)

[7]R.Kopecek:

https://www.pv-tech.org/guest-blog/is-letid-degradation-in-perc-cells-another-degradation-crisis-even-worse-th (德国ISC Konstanz)

[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 (德国Eternal Sun & 澳大利亚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 (澳大利亚UNSW)

[11] A. Wenham, et al., “Hydrogen Induced Degradation”, 7th World Conference on Photovoltaic Energy Conversion, Hawaii, 2018 (澳大利亚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


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