太阳能电池怕晒太阳, 一晒太阳就要见光死? 这听起来有点啼笑皆非, 但又是确凿无误的事实. 背板紫外光光解, EVA变色, 有机电池 (有机电池, 燃料敏化电池, 钙钛矿电池) 紫外光光解, 晶硅电池的光致衰减和光热衰减, 都是光照造成的问题, 严重影响发电效率和组件可靠性. 经过学界工业界不懈的努力, 其中的很多问题都已经成为了历史. 但往往伴随着对效率的不懈追求, 新的问题又会出来!
高紫外透光组件
传统组件基本上是不指望紫外光发电的, 原因大致在于:
- 组件玻璃含铁量比较高, 紫外光透不了多少到电池上去;
- 晶硅发射极表面掺杂浓度比较高, 形成 '死层' , 短波长光复合严重, 没法有效利用紫外光.
但是紫外光毕竟能量很大, 所以一直有人都在打它的主意. 高透玻璃, 减反玻璃, 改进正银, 轻掺杂发射极, 使得利用紫外光的可能性大大增加. 于是作为最后一道障碍, 人们开发了高紫外透过率的EVA. 高透EVA可以使得短路电流和最后的发电效率提升1.7%, 刚当可观.
高紫外透光组件的衰减问题
可是问题来了, 研究人员发现, 紫外光对电池有严重伤害. 基本上, 随着紫外线的注入量的增加, 电池指标基本上是线性下降. 其中开路电压的下降尤其厉害.
(Witteck, PIP, 2017)
寻找衰减根源的过程, 跟凶杀案侦破也没什么区别了:
- 光浸润基本排除了LID的影响;
- EVA和玻璃的透光率也没有变化, 排除了变色的因素, 矛头进而指向了材料钝化;
- 建立标准二极管模型, 发现开路电压下降的主要因素是SRH复合增加;
- 结合长期以来的报道, 基本事实得到了澄清: 氮化硅/硅界面受到了破坏, 导致了氢钝化效果下降, 硅悬挂键增多, 表面复合增加.
- 经过计算, 想要解开氢-硅的键合, 需要的光能刚好在300多纳米的位置, 正好在紫外区. 证据链的最后一环终于找到了: 紫外线导致的氮化硅钝化效果下降正是罪魁祸首!
经过计算, 高紫外透光组件的 '红利' , 大概在户外使用10年以后完全被衰减耗尽, 如果十年以后继续衰减, 高紫外透光组件的全生命周期发电增益还有没有, 还真不好说呢!
严格说这还不算是后记, 毕竟这还是一个悬而未决的问题. 紫外光, 要还是不要? 要的话, 衰减问题如何解决? 光伏是一个高度创新同时又高度保守的行业, 每一次技术创新, 往往伴随着新的问题, 等着去解决.
曲折中前进, 正是光伏事业的魅力所在!
