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电势诱导衰减,简称PID,是太阳能电池组件面临的严重老化问题。它主要由模块电压电位差和泄漏电流导致的离子迁移引起,在半导体材料和其他组件之间产生性能衰退。PID现象会导致短路电流密度下降、开路电压降低,并产生热斑现象,严重影响电池的发电效率。
基于电致发光成像技术,我们可以将太阳能电池的裂纹缺陷分为四个主要类别。第一类是几乎没有裂纹的电池,电致发光图像均匀,无明显暗区。第二类是有微小裂纹的电池,存在细微的线状缺陷,但对性能影响较小。第三类是有明显裂纹并带有暗区的电池,可以清楚看到裂纹线和局部暗区。第四类是严重破损的电池,具有大面积暗区和严重的结构损伤。这种分类方法为研究裂纹对PID影响提供了重要基础。
为了系统研究裂纹对PID影响,我们设计了完整的实验方案。实验样品来自运行五年的光伏模块中的多晶硅太阳能电池,具有三条主栅线设计。初始参数包括短路电流密度38.8毫安每平方厘米,开路电压0.61伏,最大功率4.72瓦。PID测试条件设定为温度85摄氏度,电压负1000伏,持续96小时。同时采用扫描电子显微镜和激光束诱导电流映射等多种检测方法,确保获得准确可靠的实验数据。
实验结果清楚显示了裂纹对PID现象的显著影响。第一类几乎无裂纹的电池,短路电流密度仅下降2.3%。第二类微小裂纹电池下降4.4%,影响仍然较小。但第三类有明显裂纹和暗区的电池,下降率达到13.7%,影响明显加剧。第四类严重破损电池的下降率高达21.2%,性能衰退极为严重。这表明裂纹的大小和分布对PID现象有决定性影响,裂纹越严重,PID导致的性能衰退越明显。
裂纹对太阳能电池的影响不仅体现在PID衰减上,还显著影响输出功率和温度分布。功率测试显示,微小裂纹电池平均功率为2.36瓦,而严重破损电池仅为1.32瓦,功率损失高达44%。温度分布测试更加令人担忧,微小裂纹电池温度分布均匀,平均温度25摄氏度,但严重破损电池出现明显局部热斑,最高温度达60摄氏度,温差高达35摄氏度。这些热斑不仅降低发电效率,还可能引发安全隐患,因此电池质量控制至关重要。