OFweek太陽能光伏訊：PID現(xiàn)在是光伏界的流行詞，很多人常常提起。然而，PID產(chǎn)生的原因是什么，應(yīng)該如何避免呢?

一、什么是PID？

PID的英文全稱是：Potential Induced Degradation，即電勢誘導(dǎo)衰減。

2005年美國SunPower公司首次發(fā)現(xiàn)并提出PID效應(yīng)，自此，光伏界同仁開始關(guān)注PID的研究和討論;近年來，隨著光伏應(yīng)用的大規(guī)模鋪開，PID頻繁進(jìn)入大家的視線，我們對它的研究也逐步深入。

相對于研究文獻(xiàn)中對PID復(fù)雜難懂的解釋，本文試圖通過通俗的表述，使大家對PID的產(chǎn)生及相應(yīng)的解決辦法有一個直觀的理解。

二、PID效應(yīng)的產(chǎn)生原因？

1）最早的原因解釋

Sun Power公司于2005年最先發(fā)現(xiàn)PID效應(yīng)時提出：

組件串聯(lián)后可形成較高的系統(tǒng)電壓(以美國為代表的600V，以歐洲為代表的1000V)，組件長期在高電壓工作，在蓋板玻璃、封裝材料、邊框之間存在漏電流，大量電荷聚集在電池片表面，使得電池片表面的鈍化效果惡化，導(dǎo)致填充因子(FF)、短路電流(Isc)、開路電壓(Voc)降低，使組件性能低于設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。SunPower稱此現(xiàn)象為表面極化效應(yīng)，但此衰減是可逆的。

上述研究思路和結(jié)論被后來諸多研究者所引用，再詳細(xì)解釋一下。

下圖為Sun Power電池的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖一：Sun Power電池剖面結(jié)構(gòu)示意圖

多個(例如現(xiàn)在常用的是22個)光伏組件串聯(lián)之后，處于組串末端的光伏組件的工作電壓會比較高(400V~900V之間)，且組件邊框一般都是接地的(電壓為0V)。因此，高壓組件的電池片和地面之間有可能會形成電流，此電流稱為漏電流。

然而，電池片和地面之間還隔著EVA和玻璃。一般情況下這兩種材料是不導(dǎo)電的(或者其導(dǎo)電性非常差)，但電池片電壓較高時，也會有很小的電流從電池流向地面(如圖一的步驟1所示)，其大小在微安量級;

封裝材料流向地面的漏電流形成后，在電池減反膜(ARC)表面(如圖一中2所示)留下了負(fù)離子(也可以看成一定數(shù)量的電子從地面流到電池的減反膜表面)，造成了負(fù)電荷的積累;負(fù)電荷積累之后，將會吸引pn結(jié)中的一部分空穴(帶正電)。

根據(jù)光伏效應(yīng)的原理，空穴應(yīng)該流向電池的p區(qū)(正極)，所以部分空穴被吸引后，電池將不能達(dá)到設(shè)計的功率輸出，太陽電池的填充因子(FF)、短路電流(Isc)和開路電壓(Voc)降低，組件性能低于設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)值。

2）第二種原因解釋

組件在受到負(fù)偏壓時，由漏電流陽極離子(一般為Na離子)流入電池片(如圖二所示)，降低電池的并聯(lián)電阻。即，半導(dǎo)體內(nèi)出現(xiàn)了雜質(zhì)，這些雜質(zhì)會形成電池內(nèi)部的導(dǎo)電通道，降低了組件的電流輸出。

圖二施加正負(fù)偏壓時pn結(jié)活性區(qū)的離子遷移情況

3）第三種原因解釋

光伏組件的邊緣部分容易有水氣進(jìn)入，EVA發(fā)生水解后會生成醋酸，醋酸和玻璃中的Na反應(yīng)，可以生成大量的自由移動的Na離子，會與電池片表面的銀柵線發(fā)生反應(yīng)，從而腐蝕電池柵線，導(dǎo)致串聯(lián)電阻的升高，導(dǎo)致組件性能衰減，此類衰減不可恢復(fù)(如圖三所示)。

圖三、焊帶附近的腐蝕現(xiàn)象

4）PID形成原因小結(jié)

關(guān)于光伏系統(tǒng)中產(chǎn)生的PID效應(yīng)的完整機(jī)理仍有待研究，但可以比較確定的是：

單個電池片或組件的電壓比較低，但多個組件串聯(lián)之后，形成了較高的電壓，經(jīng)過長時間的作用，產(chǎn)生了兩類意外的問題：

1)原PN結(jié)電場情況改變，或存在其它的電流通道，造成實(shí)際流過PN結(jié)的光生電流減小;

2)器件受到離子遷移的影響，材料性能發(fā)生了不可恢復(fù)的變化，和原始制造出的組件相比，輸出功率變小。

PID也說明了單個產(chǎn)品和由多個產(chǎn)品構(gòu)成的系統(tǒng)之間性能的巨大差異。

三、如何減緩或避免PID效應(yīng)

1、組件接地

如果給組件施加負(fù)偏壓(電池片電壓相對邊框?yàn)樨?fù)值)，則可以把上述積累的負(fù)電荷排出到地面上，電池性能得到恢復(fù)，這就是電池性能可恢復(fù)的極化效應(yīng)。

基于上述分析，在組件進(jìn)行串聯(lián)使用時，為了避免極化效應(yīng)，SunPower提出n型前表面太陽電池的組件采取正極接地，p型前表面電池的組件采用負(fù)極接地。

2、增強(qiáng)組件的絕緣和防水性能，減小漏電流：例如采用穩(wěn)定性能更好的封裝材料，不使用金屬邊框，增加電池的體電阻，改進(jìn)鈍化膜的厚度和特性，在器件中增加阻擋層等;

3、杜絕離子產(chǎn)生的源頭：采用石英玻璃，低鈉玻璃等

4、降低組串電壓

小規(guī)模項(xiàng)目可考慮使用微型逆變器，降低組串電壓。

四、設(shè)想和建議

盡管可分別從電池、組件和系統(tǒng)端減弱或避免PID，但PID效應(yīng)的影響最終還是體現(xiàn)在電池片上。因此，建議電池廠家對產(chǎn)品進(jìn)行更全方位的研究，上下游結(jié)合，整體考慮性價比高的解決方案。比如，系統(tǒng)集成商如果采用負(fù)極接地，則需要使用帶隔離變壓器的逆變器，采用這種逆變器首先成本高，其次效率也會降低，造成整體系統(tǒng)的PR(系統(tǒng)效率)值降低，這是大家不愿意看到的結(jié)果，因此建議由組件廠家為終端客戶提供建議方案。

進(jìn)行組件PID測試時，除了驗(yàn)證新產(chǎn)品之外，還建議定期從系統(tǒng)現(xiàn)場取部分樣品進(jìn)行檢驗(yàn)，這樣才能清楚地了解組件實(shí)際使用時的情況。此外，建議根據(jù)不同的使用場合，例如風(fēng)沙大的地區(qū)，高溫高濕地區(qū)，海島高腐蝕性地區(qū)等，制備不同標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品，而并不一定非要采用性能最好的原材料。因此，建議電池(組件)廠家在保證安全、可靠的基礎(chǔ)上，綜合考慮性價比。