根据以上的现象,我们提出一个引起PID现象的过程推测,如下图:
水气通过封边的硅胶或背板进入组件内部。EVA的酯键在遇到水后按下面的过程发生分解,产生可以自由移动的醋酸。
可以自由移动的醋酸(CH3COOH)和玻璃表面析出的碱反应后,产生了可以自由移动的Na+。Na+在外加电场的作用下向电池片表面移动并富集到减反层而导致PID现象的产生。当加热组件一段时间后,水气离开组件。由于EVA上酯键的水解是一个可逆过程,失去水分后,可以自由移动的羧酸根(CH3COO-)与EVA上的乙烯醇(-CH2-CHOH-)反应而重新成为酯键并连接到EVA主链上而无法移动。相应的Na+也因失去羧酸根无法移动。此时在组件中,由于没有了可以导电的小分子,而导致PID衰减部分恢复甚至全部恢复。
以上的假设,可以总结成四步过程:
水气进入组件
水导致EVA水解产生醋酸
醋酸与玻璃表面析出的碱反应产生可以自由移动的钠离子
钠离子在电场的作用下移动到电池表面
避免PID的办法
以上假设可以较好的解释目前与PID有关的各种现象。采用石英玻璃替代普通玻璃避免了钠离子的析出。而热塑性弹性体的结构中没有可以水解的基团,从而也没有如EVA水解产生的醋酸。而致密的减反层有效防止了钠对电池的破坏。
我们也发现使用低醋酸乙烯含量的EVA可以减缓PID现象的产生。由于醋酸乙烯含量低,相应的低醋酸乙烯含量的EVA可水解的酯基的含量也低,从而其水解速度也低于高醋酸乙烯含量的EVA。以下实验是在85%湿度60℃环境下施加1000V电压老化100小时而得到的。
依据上述理论,只要能阻断四步过程中的任何一个过程都应能有效的消除PID现象。台湾某厂使用特殊的封装技术,达成了在85%湿度85℃的环境下通过PID测试的结果。海优威公司开发出比单纯使用VA28的EVA更为减慢水解速度的特殊级别EVA胶膜,从而可以帮助组件厂减缓PID的发生。而更多的晶硅电池片生产商通过平衡提高减反层折射率和不降低电池效率的关系来开发避免PID的电池片。
总结
PID现象作为光伏技术发展过程中正常出现的一个技术问题,完全可以通过技术手段解决,而不会成为阻碍光伏事业发展的障碍。而通过解决PID问题,使光伏组件更为可靠,使光伏产业更能长久的发展。