PID-产生的原理介绍及测试方法

Insertpicturehere10x17cmTÜVSÜDChinaSystemvoltagedurabilitytest系统电压耐受测试TÜVSÜDChinaAgendaPage2什么是PID?1造成PID的原因2实验研究数据3标准解读4TÜVSÜDChina什么是PID?Page3PID(PotentialInducedDegradation)Test为电位诱发衰减测试，也称之为SystemVoltageDurabilityTest。PID最早是Sunpower在2005年发现的。组件长期在高电压作用下使得玻璃、封装材料之间存在漏电流，大量电荷聚集在电池片表面，使得电池片表面的钝化效果恶化，导致FF、Isc、Voc降低，是组件性能低于设计标准。在2010年，NREL和Solon证实了无论组件采用何种技术的p型晶硅电池片，组件在负偏压下都有PID的风险。TÜVSÜDChina什么是PID?Page4IEC62804Ed.1.0Stage:PNWDocument:82/685/NPDate:2011-12Stage:ANWDocument:82/725/RVNDate:2012-06Nextstage:1CDDecisionDate:2012-10Systemvoltagedurabilitytestforcrystallinesiliconmodules–designqualificationandtypeapproval晶体硅组件系统电压耐受测试-设计鉴定与定型此测试通过模拟条件来验证光伏组件在光伏发电系统实际应用过程中的抗PID性能，成为反映组件品质和性能可靠性的重要测试项目之一。TÜVSÜDChina什么是PID?Page5Thesemodulesinaarrayhadbeenusedaboutthreeyears,buttherehaveverybigdegradationonPmax.阵列的这些组件使用大约3年时功率大幅下降。SomeELPicturesofCustomerComplaintsModules(185W/72pcs/125monocells)Pmax168.911WPmax156.459WPmax101.269WPmax78.001WPmax43.360WTÜVSÜDChinaPID的三种衰减模式-1Page61.半导体活性区受到影响，导致分层现象：活性层内离子的迁移，导致电荷聚集或者带电离子穿过半导体材料表面电荷，影响半导体材料表面的活性区。严重情况下，离子的聚集，例如钠离子在玻璃表面的聚集，将导致分层现象。BPSolar,a-Simodules,-600Vbias,12modelsinthefield钠离子迁移到玻璃/TCO界面，导致TCO分层和电化学腐蚀TÜVSÜDChinaPID的三种衰减模式-1Page7N-typeMultic-Si:Sunpowerin2005光伏阵列的正向偏压会导致带正电的载流子穿过玻璃，通过接地边框流向地面，使得在电池片表面剩下带负电的载流子，从而导致前表面n+/n层的n+区域出现衰减现象。少数n+载流子（空穴）在前表面复合导致了电池性能的衰减。TÜVSÜDChinaPID的三种衰减模式-2Page82.半导体结的性能衰减和分流现象：离子迁移会发生在活性层内，是半导体结的性能衰减并造成分流。施加正负偏压时，薄膜器件在活性区内的离子迁移都很活跃。如果通过电池片的电压为负压，边框正偏压，则阳极离子流入电池片，造成p-n结衰减；如果通过电池片的电压为正压，边框负偏压，则阳极离子流出电池片，聚集在p-n结附近。TÜVSÜDChinaPID的三种衰减模式-3Page93.电离腐蚀和大量金属离子的迁移现象：通常封装过程中的湿气会造成电解腐蚀和金属导电离子的迁移。Si栅格界面腐蚀和栅线腐蚀会导致串联电阻升高。在焊带附近发现腐蚀和离子向边框处迁移的现象。TÜVSÜDChinaAgendaPage10什么是PID?1造成PID的原因2实验研究数据3标准解读4TÜVSÜDChina造成PID的原因Page11外部可能的原因：光伏组件在野外环境中的实际情况和大量研究都表明了：在高温、潮湿和由于光伏逆变器阵列接地方式引起的光伏组件严重的腐蚀和衰退。内部可能的原因：系统、组件和电池片3个方面可以引起PID现象TÜVSÜDChina造成PID的原因-系统方面Page12逆变器接地方式和组件在阵列中的位置决定了电池片和组件是受到正偏压或者负偏压，实际电站运行情况和研究结果表明：如果阵列中间一块组件和逆变器负极输出端之间的所有组件出于负偏压下，则越靠近福输出端的组件的PID现象越明显。而在中间一块组件和逆变器正极输出端之间的所有组件出于正偏压下，PID现象不明显。PV逆变器、阵列的负极输出端接地会有效的预防PID现象。TÜVSÜDChina造成PID的原因-组件方面Page13环境条件如温湿度使电池片和接地边框之间形成漏电流。封装材料、背板、玻璃和边框之间形成了漏电流通道。钠钙玻璃中的钠离子是决定体电阻的主要因素；降低漏电流的发生应该采用特殊玻璃而不采用钠钙玻璃，但费用高。采用高体电阻率的封装材料。TÜVSÜDChina造成PID的原因-电池片方面Page141.电池工艺2.基底材料的性能-硅片电阻率3.发射极的方块电阻4.减反射层的性能TÜVSÜDChina造成PID的原因-电池片方面Page15电池工艺：良好质量的硅片和严格的电池片工艺过程控制能有效降低PID现象。TÜVSÜDChina造成PID的原因-电池片方面Page16基底材料的性能-硅片电阻率：1.采用不同厂家的硅片；2.采用不同电阻率的电池片；3.由于低掺杂会导致结内耗尽区变宽，从而导致电阻率大的硅片PID减少。TÜVSÜDChina造成PID的原因-电池片方面Page17发射极的方块电阻1.优化电池效率而采取的增加方块电阻会使电池片更容易衰减，导致容易发生PID现象。2.电池片由于掺杂不均匀导致方块电阻不均匀，进而容易出现PID现象。TÜVSÜDChina造成PID的原因-电池片方面Page18减反射层的性能1.厚度2.硅氮比：采用Si/N比率高的减反射层可以减少PID现象。3.同质性：采用不同沉积方法制备的减反射层有不同的PID现象。采用最佳减反射层的沉积方法和沉积参数能减少或消除电池片的PID现象。TÜVSÜDChinaAgendaPage19什么是PID?1实验研究数据3造成PID的原因2标准解读4TÜVSÜDChina实验研究数据-1Page20Testdetails:Put4pcsmonomodulesintoclimatechamberandset85℃(Temp),85﹪(RH﹪)condition,appliedthenegativepotentialbiasof1000VD.C.for20hourstoduplicatePIDeffectphenomenon.MeasureI-VandELbeforeandaftertest.将4个单晶组件放入环境试验箱，并设置为85℃，85%RH，施以反向偏压1000VDC20个小时。并在测试前后测试IV曲线和EL。1000VD.C.TÜVSÜDChina实验研究数据-1Page21ModuleType:190W/72pcs/125monocellsTÜVSÜDChina实验研究数据-1Page22ModuleType:180W/72pcs/125monocellsTÜVSÜDChina实验研究数据-1Page23Result:AllfourmoduleswithdifferentbatchesgotPIDissueafterexposednegativepotentialbiasof1000Vdcfor24hours.在反向偏压1000Vdc，24小时后，不同批次的这4个组件都有PID问题TÜVSÜDChina实验研究数据-2Page24Testdetails:Put2pcsmonocellsmodulesintoclimatechamberandset65℃(Temp),65﹪(RH﹪)condition,appliedthenegativepotentialbiasof1000VD.C.for20hoursand40hourstoduplicatePIDeffectphenomenon,measureI-VandELbeforeandaftertest.将2个单晶组件放入环境试验箱，并设置为65℃，65%RH，施以反向偏压1000VDC20个小时和40小时。并在测试前后测试IV曲线和EL。1000VD.C.TÜVSÜDChina实验研究数据-2Page25SampleNO6(Type:245W/60pcs/156monocells)TÜVSÜDChina实验研究数据-2Page26SampleNO7(Type:245W/60pcs/156monocells)TÜVSÜDChina实验研究数据-2Page27Result:BothtwomoduleswithdifferentbatchesgotPIDissueafterexposednegativepotentialbiasof1000Vdcfor20hoursand40hours.AndPmaxdegradationislessthanin85℃(Temp),85﹪(RH﹪)condition.在反向偏压1000Vdc，20和40小时后，不同批次的这2个组件都有PID问题，功率的衰减小于85℃,85﹪RHTÜVSÜDChina实验研究数据-3Page28Testdetails:1pcmonocellsmodule;Roomcondition,glasssurfaceiscoveredwithwetblankets,negativevoltageof250VD.Cappliedfor24,48and96hourstoduplicatePIDeffectphenomenon,measureI-VandELbeforeandaftertest.将1个单晶组件，室温条件下，玻璃表面覆盖潮湿的毯子，施以反向偏压250VDC，24、48和96小时。并在测试前后测试IV曲线和EL。250VD.C.TÜVSÜDChina实验研究数据-3Page29Type:180W/72pcs/125monocellsTÜVSÜDChina实验研究数据-3Page30Result:ThePIDphenomenonisstillfoundinthistestcondition.在该测试条件下同样存在PID的问题TÜVSÜDChina实验研究数据-4Page31Testdetails:Put2pcsmonomoduleswithPIDphenomenonintoclimatechamberandset85℃(Temp),85﹪(RH﹪)condition,appliedthepositivehighvoltageof1000VD.C.for8hoursand12hourstovalidatePIDrecovery.MeasureI-VandELbeforeandaftertest.将2个PID单晶组件放入环境试验箱，并设置为85℃，85%RH，施以正向偏压1000VDC8和12个小时来证实PID的复原。并在测试前后测试IV曲线和EL。1000VD.C.TÜVSÜDChina实验研究数据-4Page32SampleNO11(Type:185W/72pcs/125monocells)TÜVSÜDChina实验研究数据-4Page33SampleNO12(Type:185W/72pcs/125monocells)TÜVSÜDChina实验研究数据-4Page34Result:TwomodulesgotPmaxrecoveredobviouslyafterpositivepotentialbiasexposure.正向偏压后2个组件的最大功率明显