作者：
無錫尚德太陽能電力有限公司光伏實驗室 龔海丹
由於PERC電池的效率要明顯高於常規電池，因此近幾年PERC電池越來越引起行業重視，產能獲得快速擴張，基本取代了常規電池。但是新的技術必然伴隨新的失效模型，我們對PERC電池的失效模型真的了解透徹了嗎？是否存在一些我們誤判的失效現象？本文主要探討幾個常見的容易誤判的失效現象。
1.PERC電池組件高溫高溼（DH）失效
常規電池組件經歷了多年的發展，技術相對比較成熟，標準的IEC61215測試失效情況相對很少，能通過2倍，3倍的IEC測試的常規電池組件也比比皆是。但是對於PERC電池組件，我們發現不同廠家的PERC電池，其耐老化性能是有較大差異的。
表1是某廠家摻鎵PERC單晶電池成的組件在DH測試前後的電性能參數變化。由於採用摻鎵工藝，30kWh/m2的LID測試後，功率基本沒有衰減，但是在800小時的DH測試後的功率衰減達5.43%，按照IEC61215標準，該組件DH測試失敗。從電性能參數的衰減值看，主要是Isc的衰減導致了功率的下降。
表1摻鎵PERC單晶電池組件在DH測試前後的電性能參數
圖2是該失效組件測試前後的EL圖變化。從EL圖看，在通相同電流情況下，組件整體均勻變暗，不存在焊接不良或是焊帶、電池腐蝕的現象。因此可以判斷該組件DH失效是電池本身原因導致的。
那麼是什麼原因導致該PERC電池組件DH後失效呢？該失效是否可逆？
圖1 左：原始EL圖；右：800小時DH測試後EL圖
我們對該失效組件參照LeTID（Light and elevated temperature induced degradation）恢復的測試方式：85℃，通Isc電流，48hrs後取出測試，其電性能參數的變化如表2所示。我們發現，48小時的LeTID恢復測試後，與DH800後的組件功率相比，功率恢復了2.03%。從EL圖看（圖2所示），在通相同電流情況下，組件EL圖整體開始變亮。
表2 摻鎵PERC單晶電池組件在LeTID測試前後的電性能參數
圖2 左：800小時DH測試後EL圖；右：48hrsLeTID恢復後EL圖
由於該PERC電池組件在DH後的功率衰減是可以通過LeTID恢復的方法恢復，因此我們可以做一個大膽的推斷：
1）該摻鎵PERC單晶電池組件的DH後失效有部分是LeTID失效導致的；
2）對於PERC電池的LeTID失效機制，僅高溫就可以觸發，而非需要高溫下通（Isc-Imp）電流；
依據新南威爾斯大學的研究報告[1]，LeTID是由某種或某幾種金屬雜質與氫的複合物導致的，通過控制氫含量可以有效改善LeTID性能。採用摻鎵矽片後，因為無需引入過多的氫來鈍化硼氧缺陷，因此可以更容易控制好LeTID。但是從實測數據來看，電池廠家即使採用摻鎵矽片，也並不能完全解決LeTID問題，還需要電池廠商做進一步的工藝改善。
另外，目前在IEC61215標準中，只有DH測試中組件是不通電流的，該情況與組件實際戶外工作的情況是不相符的。戶外組件實際工作情況下，組件溫度雖然會升高，但是組件同時也在發電，也就是組件工作情況下一直處於LeTID恢復的狀態，因此在DH測試中發現的失效在戶外狀態下未必會發生。那麼目前的DH測試是否會對評估PERC電池存在錯判，是否應該考慮在整個測試過程中通一定的電流以模擬戶外實際的情況，這個是需要IEC標準組去衡量評估的。
2.PERC電池組件PID測試失效，真的是PID現象嗎？
對於常規電池的PID現象，目前已經研究的較為透徹，其在電池端的解決方案也相對成熟，因此客戶端對於常規電池的PID問題也已不再提及。但是我們發現不同廠家的PERC電池抗PID性能是不太一致的，儘管他們也參照常規電池的PID解決方案來管控，但實際效果卻差強人意。
表2是某摻硼PERC單晶電池組件PID（85℃，85%R.H.，-1000V，192hrs）後的功率衰減達7.57%。從參數的變化來看，Isc的下降要遠大於Voc的下降，這和常規電池的PID衰減特性不太相符，我們知道常規電池的PID衰減主要表現在Voc的下降。從圖3的EL圖看，192小時PID測試後EL圖又是和PID衰減的EL圖相符的。因此，通常情況下我們可能會判斷該組件是PID失效導致的。但是該組件失效真的是PID失效嗎？
表3 摻硼PERC單晶電池組件在PID測試前後的電性能參數
圖3左：原始EL圖；右：192小時PID測試後EL圖
但是，當我們同樣對該組件參照LeTID恢復的測試方式：85℃，通Isc電流，48hrs後取出測試，其電性能參數的變化如表4所示。我們發現，48小時的LeTID恢復測試後，與PID後的組件功率相比，功率恢復了5.85%。從EL圖看（圖2所示），在通相同電流情況下，大部分發黑的電池開始恢復至初始的狀態，EL圖整體開始變亮。
表3 摻硼PERC單晶電池組件在LeTID恢復測試前後的電性能參數
圖4左：192小時PID測試後EL圖；右：48hrsLeTID恢復後EL圖
因此，我們也可以判斷，該摻硼PERC單晶電池組件的在PID測試後的失效並非完全是PID現象，而是LeTID貢獻了絕大部分的衰減，因為該組件在做PID測試時是採用85℃，85%R.H.的測試條件，在此測條件下組件會伴隨LeTID現象。
因此，目前85℃，85%R.H.條件下的PID測試方法來評估PERC電池的抗PID性能是不太合適的。一方面，測試過程中摻雜了2種失效現象（PID，LID）；另一方面，在實際戶外工作的狀態下，組件是產生電流的，也就是組件工作情況下一直處於LeTID恢復的狀態，實際是不一定會發生LeTID現象的。85℃，85%R.H.條件下的PID測試會對評估組件的抗PID性能產生誤判，因此建議對於PERC電池組件應採用25℃下覆傳導膜的PID測試方法。
3.結論
PERC電池是近幾年才商業化的新技術，因此對於PERC電池的失效現象，目前為止我們還是了解的不夠透徹的，這會對電池端的改善帶來一定的難度。
目前的IEC標準的發展跟不上電池技術的發展，現有的一些測試方法會對評估PERC電池的可靠性帶來誤判。
參考文獻：
1. Daniel Chen, "A Current Perspective on Light-and Elevated Temperature-Induced Degradation (LeTID): Defect Mitigation, Models and Root Cause", 15thChina SoG Silicon and PV Power Conference.