目前无论从生产方还是使用方,对晶体硅电池片的极化效应(PID)的关注越来越多。2011年7月NREL在其发表的文章《System Voltage Potential Induced Degradation Mechanismsin PV Modules and Methods for Test》中对PID进行了详细的说明(1)。目前PID现象已被更多的人所了解,并有越来越多的研究机构和组件制造商对其进行了深入的研究和发表文章。PIDFree被许多组件厂和电池厂作为卖点之一,许多光伏组件用户也开始只接受PIDFree的组件。但真正引起PID的原因和如何避免,并没有统一的定论。
PID的表现
目前的实验结构和光伏组件制造商较多采用以下两种测试方法,对组件的PID效应进行评估:
1)在25℃的温度下,在组件玻璃表面覆盖铝箔,1000V直流电施加在组件的输出端和铝框上168小时。
2)组件先进性85%的湿度85℃高温测试,然后在60℃或85℃的环境下100小时,将1000V直流电施加在组件输出端和铝框上100小时。
较多的PID衰减被发现发生在实验2的老化以后,根据目前的报道和实验结果发现PID现象与玻璃、电池和胶膜的关系较大。
目前使用于光伏组件的玻璃是含钠离子的玻璃。有文献报道,在高温高湿情况下硅酸盐玻璃表面会有碱析出,主要成分是Na2O。(2)当把玻璃更换成石英玻璃后,在同样的测试条件下,没有PID现象被发现。(1)
胶膜也被发现对PID现象有非常密切的关系。使用EVA或PVB封装的组件都被发现在湿热老化非常容易产生PID现象。(3)其测试方法是在85%湿度85℃下在组件表面覆盖铜箔并连接200V的正极,电池连接负极。48小时后即发现电池效率大幅度衰减。
尽管在这个实验中硅胶表现较好,但随即又有报道硅胶在更长时间的PID测试后也呈现出大幅度功率衰减的现象。而当将EVA更换成热塑性弹性体后,电池功率衰减的现象大幅度减小。
电池表面的反射层被发现和PID现象有非常密切的关系。有报道表明薄的减反层更有利于抗PID现象。含Si多的减反层比含N多的减反层更可以抵抗PID现象。当减反层的折射率大于2.2后,PID现象不再被观察到(3)。有电池工厂在做针对电池和PID的关系的测试中也发现了类似的现象,结论是当折射率大于2.13后,几乎所有的EVA都能通过PID测试,当折射率小于2.08后,通过PID测试的EVA寥寥无几。
PID的形成和封装材料的关系
NREL在研究PID现象是发现一个有趣的现象,就是光伏组件在早晨露气较多或者下雨时被发现有漏电现象。而当太阳出来后,此漏电现象随即减弱。而与此类似的,在实验室中,当将已经发生PID衰减的组件在100℃下烘烤100小时后,PID衰减基本消失。(3)在某组件厂的测试中,发现PID测试后的组件在搁置几天后,重新测试其电阻率,电阻率基本都能恢复到PID测试前的60%以上。我们由此可以得出一个结论,引起PID衰减的变化应该是一个可逆的变化。