【科普】什麼是光伏電池光衰?

光伏組件製作完成之後，進行功率測試時，組件功率正常，但在光伏電站安裝並運營時發現組功率衰減較大，這種現象大多是由於光伏電池光衰引起的。光伏電池光衰可分為兩個階段：初始光致衰減和老化衰減。

初始光致衰減

初始的光致衰減，即光伏組件的輸出功率在剛開始使用的最初幾天內發生較大幅度的下降，但隨後趨於穩定。導致這一現象發生的主要原因是P型（摻硼）晶體矽片中的硼氧複合體降低了少子壽命。通過改變P型摻雜劑，用稼代替硼能有效的減小光致衰減；或者對電池片進行預光照處理，是電池的初始光致衰減發生在組件製造之前，光伏組件的初始光致衰減就能控制在一個很小的範圍之內，同時也提高組件的輸出穩定性。

電池片光衰更多的與電池片廠家有關，對於組件廠商的意義在於選擇高質量的電池片來降低光致衰減帶來的影響。

老化衰減

老化衰減是指在長期使用中出現的極緩慢的功率下降，產生的主要原因與電池緩慢衰減有關，也與封裝材料的性能退化有關。其中紫外光的照射時導致組件主材性能退化的主要原因。紫外線的長期照射，使得EVA及背板（TPE結構）發生老化黃變現象，導致組件透光率下降，進而引起功率下降。

這就要求組件廠商在選擇EVA及背板時，必須嚴格把關，所選材料在耐老化性能方面必須非常優秀，以減小因輔材老化而引起組件功率衰減。

光致衰減機理

P型（摻硼）晶體矽太陽電池的早期光致衰減現象是在30多年前觀察到的，隨後人們對此進行了大量的科學研究。特別是最近幾年，科學研究發現它與矽片中的硼氧濃度有關，大家基本一致的看法是光照或電流注人導致矽片中的硼和氧形成硼氧複合體，從而使少子壽命降低，但經過退火處理，少子壽命又可被恢復，其可能的反應為：

據文獻報導，含有硼和氧的矽片經過光照後其少子壽命會出現不同程度的衰減，矽片中的硼、氧含量越大，在光照或電流注人條件下在其體內產生的硼氧複合體越多，其少子壽命降低的幅度就越大。而在低氧、摻稼、摻磷的矽片中，其少子壽命隨光照時間的增加，總體衰減幅度極小。

解決措施

1.改善矽單晶質量

太陽電池性能的早期光致衰減現象主要發生在單晶矽太陽電池上，對於多晶矽太陽電池來講，其轉換效率的早期光致衰減幅度就很小。由此可見矽片自身的性質決定了太陽電池性能的早期光致衰減程度。因此要解決光伏組件的早期光致衰減問題。就必須從解決矽片問題人手。下面就幾個方案進行討論。

A、改進摻硼P型直拉單晶矽棒的質量

一些單晶棒的質量確實令人擔憂，如果不能有效的改變這一狀況將嚴重影響光伏產業的健康發展在摻硼直拉單晶產品中主要存在的問題和改進措施：

1）由於原始高純多晶矽料短缺一些拉棒公司就摻了一些不應該使用的基磷和其它有害雜質含量高的質次的矽料。使用此類材料生產的太陽電池不但效率低，而且早期光致衰減幅度非常大。我們強烈要求不使用低質量的矽料。

2）在高純多晶矽料中摻人過多低電阻率N型矽料苰IC的廢N型矽片等。所製造出的摻硼CZ矽棒是一種高補償的P型單晶材料。儘管電阻率合適，但硼一氧濃度非常高從而導致太陽電池性能出現較大幅度的早期光致衰減。我們強烈要求不使用低電阻率N型矽料。

3）一些公司拉棒工藝不過關，晶體矽中氧含量過高，內應力大，位錯缺陷密度高，電阻率不均勻，都直接影響了太陽電池的效率及穩定性。我們希望改進拉棒工藝。控制氧含量。

用上述幾種矽片製作的電池有較大幅度的早期光致衰減，會超出客戶所能接受的範圍。其實直拉單晶工藝是很成熟的，只要我們把好用料質量關，按正規拉棒工藝生產，矽棒的質量是可以得到較好控制的。

B、利用磁控直拉矽單晶工藝（MCZ）改進單晶矽棒產品質量

此工藝不僅能控制單晶中的氧濃度，也使矽單晶縱向、徑向電阻率均勻性得到改善這種工藝已在國內部分拉棒公司開始試用。

C、利用區熔單晶矽工藝（FZ）改進單晶矽棒產品質量

區熔單晶矽工藝避免了直拉工藝中大量氧進人矽晶體的固有缺陷，從而徹底解決了P型（摻硼）太陽電池的早期光致衰減現象。因FZ工藝成本較高，主要用於IC和其它半導體器件的矽片製造，但目前一些公司已對FZ工藝進行相關改造，降低了成本。以適合於太陽電池矽片的製造。國內一些拉棒公司已開展了這方面的試製工作

D、改變摻雜劑，用鎵代替硼

用摻稼的矽片製作的電池，沒有發現太陽電池的早期光致衰減現象，也是解決太陽電池早期光致衰減的辦法之一。

E、使用摻磷的N型矽片代替摻硼的P型矽片

使用誥矽片也是解決電池初試光致衰減問題的方法之一但從目前產業化的絲網印刷誥電池工藝來看，誥電池在轉換效率和製造成本上還沒有優勢，一些關鍵工藝有待解決

2.對電池片進行先前光照衰減

由於光伏組件的早期光致衰減是由電池的早期光致衰減導致的，對電池片進行光照預衰減，使電池的早期光致衰減發生在組件製造之前。光伏組件的早期光致衰減就非常小了，完全可以控制在測量誤差之內。同時也大幅度地減少了光伏組件出現熱斑的機率。

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