太陽能電池怕曬太陽, 一曬太陽就要見光死? 這聽起來有點啼笑皆非, 但又是確鑿無誤的事實. 背板紫外光光解, EVA變色, 有機電池 (有機電池, 燃料敏化電池, 鈣鈦礦電池) 紫外光光解, 晶矽電池的光致衰減和光熱衰減, 都是光照造成的問題, 嚴重影響發電效率和組件可靠性. 經過學界工業界不懈的努力, 其中的很多問題都已經成為了曆史. 但往往伴隨著對效率的不懈追求, 新的問題又會出來!
高紫外透光組件
傳統組件基本上是不指望紫外光發電的, 原因大致在於:
- 組件玻璃含鐵量比較高, 紫外光透不了多少到電池上去;
- 晶矽發射極表面摻雜濃度比較高, 形成 '死層' , 短波長光複合嚴重, 沒法有效利用紫外光.
但是紫外光畢竟能量很大, 所以一直有人都在打它的主意. 高透玻璃, 減反玻璃, 改進正銀, 輕摻雜發射極, 使得利用紫外光的可能性大大增加. 於是作為最後一道障礙, 人們開發了高紫外透過率的EVA. 高透EVA可以使得短路電流和最後的發電效率提升1.7%, 剛當可觀.
高紫外透光組件的衰減問題
可是問題來了, 研究人員發現, 紫外光對電池有嚴重傷害. 基本上, 隨著紫外線的注入量的增加, 電池指標基本上是線性下降. 其中開路電壓的下降尤其厲害.
(Witteck, PIP, 2017)
尋找衰減根源的過程, 跟兇殺案偵破也沒什麼區別了:
- 光浸潤基本排除了LID的影響;
- EVA和玻璃的透光率也沒有變化, 排除了變色的因素, 矛頭進而指向了材料鈍化;
- 建立標準二極體模型, 發現開路電壓下降的主要因素是SRH複合增加;
- 結合長期以來的報道, 基本事實得到了澄清: 氮化矽/矽界面受到了破壞, 導致了氫鈍化效果下降, 矽懸掛鍵增多, 表面複合增加.
- 經過計算, 想要解開氫-矽的鍵合, 需要的光能剛好在300多納米的位置, 正好在紫外區. 證據鏈的最後一環終於找到了: 紫外線導致的氮化矽鈍化效果下降正是罪魁禍首!
經過計算, 高紫外透光組件的 '紅利' , 大概在戶外使用10年以後完全被衰減耗盡, 如果十年以後繼續衰減, 高紫外透光組件的全生命周期發電增益還有沒有, 還真不好說呢!
嚴格說這還不算是後記, 畢竟這還是一個懸而未決的問題. 紫外光, 要還是不要? 要的話, 衰減問題如何解決? 光伏是一個高度創新同時又高度保守的行業, 每一次技術創新, 往往伴隨著新的問題, 等著去解決.
曲折中前進, 正是光伏事業的魅力所在!
