圖片來源：韓華 Q Cells
太陽能光伏正在迅速成為全球成本最低的電力來源。平準化度電成本已達到約2ct/kWh。EDF/馬斯達爾在沙烏地阿拉伯招標的一處項目的價格首次低於2USct/kWh[1]。
未來幾年, 這一數字會降至約1USct/kWh及以下，從而令每個人都能夠負擔用電。這也是高效率低成本新技術所取得的成就，例如像用在水平單軸跟蹤系統這種簡單跟蹤系統中的PERC、PERT和雙面組件。
然而, 如今許多太陽能電池和組件生產商都在過苦日子。
由於產能過剩，亞洲生產商有可能經歷第二次大危機。首次產能過剩問題出現在2011年，第二次下行可歸因於現有生產線向PERC的升級。
2017年, 太陽能電池和組件產能約為125GW, 其中35GW是PERC技術。預計至2018年年底, 總產能將達到160-170GW, 其中60-70GW 為PERC[2]。
然而, 預計2018年的下遊光伏需求將低於100GWp [3]。這意味著許多電池生產線或會處於閒置狀態, 多個GW的組件也將堆放在倉庫中。
正如前文所述, 需要研發創新型產品以進一步降低平準化度電成本。然而, 向PERC轉型的進展是如此迅速，以至於許多PERC生產商都未能把重心放在產品質量上。
PERC是一項成熟的技術, 工藝相對簡單, 因而持有成本也較低。2018年三月，隆基公司推出的無柵線金屬接觸設計PERC技術取得了23.6%的效率，創下紀錄。這一紀錄於2018年5月被晶科能源以23.95%的效率超越。
效率創下紀錄固然可喜，但起決定作用的是批量生產轉換效率以及工藝的長期穩定性。「矽基組件超級聯盟」大型成員 (如韓華Q cells、晶澳太陽能、隆基、天合光能、晶科能源和阿特斯) 的平均轉換效率均達到了21.5%-22%。與Al-BSF標準技術相比, 這是非常出色的記錄。Al-BSF標準技術已佔據市場數十年，而最佳平均效率幾乎未超過20%。
在談及衰減時, 我們不確定是否所有PERC生產商都了解設備可能會遭遇額外衰減效應的挑戰。本篇博文介紹的就是這一方面的相關內容：
了解PERC太陽電池的主導衰減機制
在參觀展會或拜訪業內廠家時，我們常常會發現，那麼多有責任心的PERC生產科學工作者竟從未聽說過PERC設備可能會出現嚴重衰減，尤其是熱輔助光致衰減(以下簡稱LeTID，又名電致衰減，簡稱CID)，這令人感到驚訝。
在「2018年第四屆PERC太陽能電池和雙面組件論壇」 [4]大會上， LeTID也沒有成為一個真正的議題。
在談及LeTID時，通常聽到的回覆是這樣的。
—「LeTID?沒有，我們不存在LID問題，我們一直在穩定產品性能。」
更加了解情況的人會這樣回答，「LeTID影響的僅僅是mc-Si PERC，但我們生產的是Cz-Si PERC。」
這些說法都是錯的。即使人們是在mc-Si PERC電池上首次觀察到LeTID現象，這也是會發生在Cz-Si PERC組件上的有害現象，會造成嚴重衰減。在LeTID加速衰減之後數周，有時功率衰減仍會超過10%。
因此, PI Berlin測試了許多市面上的PERC組件並進行了持續的測試。在經歷了為期六周的加速衰減輻照後，大多數不同被測組件的 (截止目前約有10個) 功率衰減達到5%或更高—而衰減曲線似乎並未飽和。
此外, 在運行2-3年後，雖然許多PERC光伏系統仍然「還在那裡」，但是組件衰減了近20%，這簡直是一個悲劇。
PI Berlin對一種商用單晶PERC組件進行了為期六周的測試，用於評估組件參數對LeTID的影響。
圖 1 為PI Berlin測出的典型衰減曲線。2018年6月[7]，慕尼黑國際太陽能展舉辦的「組件測試」會議介紹了這一曲線。該會議是由PHOTON組織的LeTID和雙面專題研討會。
在75°C 、0.5A注入電流情況下，六周後這一市售Cz-Si PERC組件的功率相對衰減了5%，並且似乎仍在繼續衰減。數個團體聲稱， nPERT組件也可能存在這類問題[8]。
我們目前正在進行BiSoN (nPERT) 、MoSoN (nPERT背結式)和ZEBRA (IBC)電池加速LeTID衰減試驗，目前為止沒有經歷過如此嚴重的衰減問題。
PERC太陽能電池和組件中可能存在的衰減機制
PERC組件發生了什麼?雖然人們認為已經了解了硼氧化合物的形成機制，甚至能控制這種效應，那麼為什麼PERC太陽能電池仍然會出現衰減?更加先進的設備的衰減機制變得更為複雜, 而簡單Al-BSF(背場)電池的衰減機制也是如此。
這種現象不僅限於不同水平下的效率。在更複雜的設備結構中，衰減的可能性更大、更為明顯。就PERC而言，背面電介質一方面提高了效率, 但如果無法滿足最高啟動效率和設備長期穩定性需求，也會帶來麻煩。
表2為典型的PERC設備截面，總結了目前已知的三種最嚴重的衰減機制。
PERC在LeTID中經歷的三種重要衰減機制為1) LID, 2) HID 及3) 背部電介質去鈍處理。圖片來源：PI Berlin
光致衰減(LID)：光致衰減廣為人知、也是人們了解最多的衰減形式。這種衰減基於硼氧化合物形成的基礎之上。可以通過表一列舉的幾種措施部分消除這種現象。
氫致衰減(以下簡稱HID)：氫致衰減是LeTID測試的原因，首見於mc-Si PERC設備。[5]為相關報導。單晶PERC設備中也發現了這種現象[6]。已知的是這種衰減是由於設備中氫含量太高造成的，已故教授Stuart Wenham [10]提出的木桶理論比喻完美的總結了這一現象。
這是因為在大多數情況下, 背面鈍化是由相當厚的 (相對於正面鈍化) 富氫電介質實現的。釋放的氫進入矽塊, 形成弱氫鍵，鈍化了缺陷部位。這些氫鍵很容易由於溫度和光照受到破壞, 以更快的速度釋放弱鍵氫, 從而導致衰減。
隨著時間的推移, 恢復進程被激活，然後達到飽和狀態。釋放的氫又會形成氫鍵，穩定的氫鍵會鈍化缺陷部位。在LeTiD測試工況下，穩定的氫鍵不受影響。表一總結了能夠將HID效應降至最低的措施。
裸矽片鈍化衰減: 很難找出造成衰減的真正主導原因。最近康斯坦茨大學的A. Herguth和他的團隊發現, PERC太陽能電池的衰減部分是由於背面電介質去鈍效應造成的[11]。IBC太陽能電池正面也發現了這種衰減效應。
就IBC電池而言，至少需要一個淺FSF(正面場; 例如n型Cz-Si電池磷擴散塗層)才能不產生這種效應。
下圖3a和3b為不同部位的測試示例, 頂部是mc-Si PERC組件，底部是Cz-Si組件，如圖所示，出現了嚴重衰減。
3a和3b為不同部位的測試示例, 頂部是mc-Si PERC組件，底部是Cz-Si組件，如圖所示，出現了嚴重衰減。圖片來源：eternal sun
在LeTID測試期間, 所有三種 (或兩種) 描述的效應都可能會被激活, 必須對所有有問題的組件進行更詳細的檢查, 以便找到設備中最關鍵的衰減機制。確定之後就可以測試降低衰減的解決方案。
Eternal sun的LeTID試驗 (左) [12] 和Frauhofer CSP 的 mc-和 Cz-PERC組件LeTID試驗 (右) [13]。在Fraunhofer CSP試驗中，所有組件就LID而言都實現了穩定。右圖所示的Pmpp下降未包含由於硼氧化合物形成而導致的衰減。圖片來源：eternal sun
PERC太陽能電池和組件衰減機制的可行解決方案
如前所述, PERC 太陽能電池和組件的衰減非常複雜, 不能輕易用一種衰減機制來理解。PERC組件似乎在高溫下受到的影響更大。在質量測試程序中，TÜV也確定了這種測試。表I (見下文) 總結了最嚴重的衰減影響以及為了通過TÜV測試而降低衰減影響的可行解決方案。
PERC衰減和可行解決方案小結。圖片來源：Fraunhofer CSP
當然還有必須加以控制的電勢誘發衰減(以下簡稱PID), 但這種衰減與所有組件都相關。此時鈉和其他雜質從玻璃向太陽能電池表面遷移，造成分流或去鈍[14]。
在電池、組件和系統層面，這種衰減可以降至最低。通過為組件選擇高質量的封裝劑，例如合適的EVA或切換至聚烯烴薄膜(多見於雙玻組件)也可以處理這個問題。
希望我們喚起了對mc-Si以及Cz-Si PERC太陽能電池新衰減機制的充分意識。
通過本篇博文, 我們希望鼓勵PERC太陽能電池和組件生產商更好地改造設備、降低衰減, 並同時警示小型屋頂安裝商以及大型公用事業EPC公司選擇正確的光伏系統(對所選組件進行正確測試)。
為了避免因光伏系統性能不佳而引發的大量索賠，主要參與方，即電池和組件製造商以及系統安裝商對於這一問題的意識非常重要, 同時這也會避免對整個光伏行業可信度造成潛在嚴重負面影響。
祝人人好運, 做出明智的選擇, 繼續減少二氧化碳排放以拯救我們偉大的藍色星球。裝機總量很快就會達到1TWp，我們希望只會出現極少數的衰減問題。