光致衰减现象最早是由Fischer和Pschunder在1973年发现的[1]。如图所示，1Ωcm掺硼Cz-Si电池的最大输出功率（Pm）、短路电流（Isc）和开路电压（Voc）在光照后持续衰减到接近饱和，200℃以上退火处理又使电池性能得到基本完全恢复。
图1：掺硼Cz硅太阳电池的光致衰减和退火恢复 为了解释这一现象，70-80年代曾提出过若干金属杂质缺陷模型、非平衡载流子引起的施主-受主对(如FeB)分解模型，但这些模型没有一个能够完全解释Fischer和Pschunder所观察到的衰减/恢复现象。90年代以来，人们通过研究得到了一些新的实验结果，一定程度上揭示了掺杂B浓度及间隙态氧浓度和光致衰减的关系[2,3]。
图2：左上）p型Cz硅材料体少子寿命的光衰减；右上）n型Cz硅材料体少子寿命的光衰减；左下）光衰减的大小与硼掺杂浓度的关系；右下）光衰减的大小与间隙氧浓度的关系 人们同样也研究了多晶硅片和电池的光致衰减效应，得到了和p型单晶硅同样的结论。为了正确地评估光致衰减在电站应用带来的衰减风险，行业内有针对性地提出了一些检验检测的方法和标准。例如，IEC61215:2005中，要求所有测试组件在测试认证前经过5-5.5kwh/m2辐照量的曝晒， 室外曝晒试验60kwh/m2辐照量；在IEC61215:2016中，要求测试组件必须在连接负载状态下经过至少20 kwh/m2辐照量，并且达到功率稳定要求，室外曝晒测试中时，需要连接负载并进行共计60kwh/m2辐照量的曝晒。2012年，由常州天合光能有限公司和国家太阳能光伏产品质量监督检验中心联合起草的《晶体硅太阳电池组件光致衰减总规范》正式立项等待发布，其中对各类组件的衰减做了明确的要求。 组件光衰采用的方法通常为开路方法或者短路方法。有机构和企业对这两种方法分别做了研究测试。晶澳太阳能科技有限公司研究了不同接线方式对单晶PERC组件[4]光致衰减性能的影响。结果显示，PERC单晶电池在开路状态下的功率衰减小于短路状态。
图3：PERC电池组件在开路和短路状态下的衰减 来自QCells的Friederike Kersten等人对多晶PERC组件在不同温度下的光致衰减做了研究[5]。如图4所示，在不同温度下，多晶PERC组件在开路和短路状态衰减，表现出了截然不同的衰减特性。组件的衰减与温度表现出了很强的相关性。文中提出了一种与材料直接相关的LeTID衰减，并测试了60°C下组件在mpp模式下的衰减，如图5。对于未做特殊处理的样品，随着光照时间的持续，其LeTID衰减持续升高，800小时已经超过9%。
图4：mc-PERC电池组件在不同温度和不同状态下的衰减（300W/m2）
图5：mc-PERC电池组件在不同模式下的衰减（1000W/m2） 由于开路和短路状态下曝晒组件的实际温度通常为环境温度+10°C（与散热条件相关），也就是35°C-45°C左右，而组件实际工作中的温度可高达75°C，因此，采用mpp模式进行衰减测试是很有必要的。 而针对业内常用的抗光衰处理后的PERC（LID regeneration）组件，图6显示了B-O对稳定处理前后的PERC组件在常温（即25°C）下和MPP条件（即75°C）下组件的衰减情况[6]。可以看出，即使组件经过了B-O对稳定处理，虽然其在常温下的衰减得到了大幅度的降低，但是在MPP即组件工作条件下，其衰减仍然达远远高于常温条件。  图6：mono-PERC电池组件在不同模式下的衰减（1000W/m2） 综上所述，组件的光致衰减和衰减条件具有很强的相关性。组件的温度、衰减的时长和方式都会大幅度影响衰减结果，而这些衰减条件往往和组件在电站中的实际工作状态是有一定的差异的。因此，选择一个合适的组件衰减测试方法，对于正确评估组件在实际电站工作中的衰减风险是非常重要的。 文献综述 1. Fisher H， Pschunder W. Investigation of Photon andThermal Induced Changes in Silicon Solar Cells[R].CA，USA ： Proceedings of the 10th IEEE PVSC Palo Alto, 1973. 404 -441; 2. Schmidt J, Cuevas A. Electronic properties of light-induced recombination centers in boron-doped Czochralski silicon. J. Appl. Phys. 1999; 86(6): 3175-3180; 3. Nagel H, Schmidt J, Aberle AG, Hezel R. Exceptionally high bulk minority-carrier lifetimes in block-cast multicrystalline silicon. Proceedings of the 03th European Photovoltaic Solar Energy Conference.1997; 762-765; 4. 周艳方, 刘淑华, 延刚, 陈孝业, 蒋秀林, 单伟, 背钝化电池光致衰减研究, 中国光伏大会暨中国国际光伏展览会, 2014; 5. F. Kersten et al., Degradation of multicrystalline silicon solar cells and modules after illumination at elevated temperature. Sol. Energ. Mat. Sol Cells 142, 83-86, 2015 6. Fabian Fertig, Mass Production of p-Type Cz Silicon Solar Cells Approaching Average Stable Conversion Efficiencies of 22% , 7th Silicon PV, Freiburg, Germany, April 3, 2017 |
