双面光伏技术在包括金融机构在内的整个太阳能价值链中仍未得到更广泛的接受。一方面，光伏项目通常建设30年，并且需要大量的前期资金投入。另一方面，仍需要进一步的研发工作，以通过量身定制的特性和可靠性测试来提高双面太阳能光伏组件的性能和可靠性。推进对故障机制的了解以及如何减少故障机制，是使双面太阳能技术发挥其全部潜力的重要组成部分。
imec光伏技术和系统团队的研发经理Eszter Voroshazi说：“就可靠性而言，PID [潜在诱发的退化]是双面技术面临的主要挑战之一。”比利时-荷兰研究机构最近与世界领先的n型TOPCon双面技术制造商Jolywood加强了合作，从而促进了双面研究。
Voroshazi说：“ PV面板在外部看起来可能完好无损，但是微量离子在内部迁移的影响却是巨大的。”如果触发快速迁移，它可能在几个月内破坏整个系统。在长串的大型光伏电站中，这种机制可能会进展得很慢，以至于阻碍多年正确检测，从而导致显着的性能和收入损失。”
Voroshazi补充说，双面阵列中的PID检测对于避免此类损失至关重要。“先进的现场成像和测试程序对于检测过程是必不可少的。此外，仅积累有关该主题的学术知识是不够的。要提出相关的解决方案，还需要考虑行业要求和边界条件。”
双面生长
多年来，双面光伏技术吸引了相当大的兴趣，因为它保证了高能量产出。双面电池吸收的光多出5-20%，因为它们也从背面收集光，该技术可以集成到现有的生产线中。最近，双面光伏已经找到了进入市场和最终用户的途径，并且正在迅速获得份额。双面电池已集成到模块中，并已安装在公用事业规模的发电厂和屋顶上，这些屋顶可能会从后面反射光。
但是，为广泛采用，必须更好地理解双面太阳能应用中的PID。已显示PID会引起严重的可靠性问题，甚至会导致双面电池，模块和安装出现故障。它是由高系统电压引起的，该高系统电压会促进离子向太阳能电池的漂移(主要是钠)。这些离子打断了太阳能电池的正常功能，并导致转换效率的损失。随着高达1,500 V的光伏系统电压进入主流，PID变得更加关键(请参见下图)。
该故障模式的发生不仅取决于幅度，而且取决于电场的极性。这就是为什么位于串的正极的阵列中的PV模块不受PID的影响，因为钠会从太阳能电池中漂移出来。退化开始于负极周围的周长，并逐渐扩展到远离光伏组件的框架。
尽管PID也发生在单面细胞中，但由于该机理可以从两侧触发，因此它对玻璃/玻璃包装中的双面细胞造成更大的伤害。具有更薄层的更复杂的设备架构似乎也对其更加敏感，这暗示了在TOPCon和其他高级单元类型领域的关键研究。
深入测试
Imec与EnergyVille / UHasselt一起，在理解PID背后的物理原理和进行深入测试方面积累了丰富的专业知识。一个例子涉及离子的起源。先前的研究表明，PID的一种特殊类型(“ PID of shunting type，PID-s”)是由钠离子扩散到硅堆垛层错并分流电池引起的。但是，钠的来源仍不清楚。它可能源自PV组件的钠钙玻璃(SLG)覆盖板，或者甚至可能在层压过程之前就已经存在于太阳能电池表面上。
基于全面的测试矩阵，结果表明SLG前盖显着增强了PID的进度。实际上，不带SLG前盖的样品经过300个小时的PID应力处理后不会显示任何降解。这证实了SLG实际上是钠源的假设。
另一个示例着眼于双面p-PERC太阳能PV电池中双面PID的物理起源，因为降解行为似乎不仅仅与一种机理匹配。实际上，结果证明了PID-s和PID-p(“极化类型的PID”)的组合。后者是钝化层的暂时和可逆的退化，由于表面复合的增加，钝化层的性能下降。此外，研究人员还可以提取IV(电流-电压)和EQE(外部量子效率)测量中的降解机理的特定特征(请参见下图)。
检测标准
在光伏可靠性研究中，不断对测试结果和测试方案进行研究。PID的一种测试方法在IEC TS 62804-1指南中已标准化。在所谓的箔测试中，在太阳能电池矩阵和接触模块玻璃表面的导电箔之间施加1,000 V至1,500 V的电压。然后将模块放入潮湿的气候室内，以模拟其在野外将面临的严酷操作条件。
一种常见的做法是通过仅在PV模块的一侧施加箔片，在双面PV模块上施加单面PID应力。先前已经证明，在背面单面PID应力下的双面太阳能电池表现出与在正面单面PID应力下相同的降解行为，因此，人们的共识是，降解机理相同，而应力面较小。重要性。然而，EnergyVille(imec / UHasselt)的最新研究表明，如果不采取其他措施，则无法仅在双面模块的一侧进行箔方法。EnergyVille / UHasselt的博士后研究员Jorne Carolus指出，当在双面PV模块上施加单面PID应力时，在非受应力侧，电池性能突然下降(请参见上图)。
Carolus说：“ PID测试导致气候室和太阳能电池的非受力面之间的电场意外发展。”电场使正电荷向太阳能电池迁移并干扰其正常工作。
“然后，当双面PV模块被单面PID应力处理时，我们提出了采用IEC标准方法的适应性测试方法和注意点。预防措施包括将玻璃/玻璃层压板与太阳能电池的非受力侧短路，使用浮动高压电源，或者在非受力侧将玻璃盖换成具有抗PID的盖。”
PID解决方案
解决PID问题和优化双面PV需要系统级的思考。首先，需要针对应用优化整个系统。屋顶的太阳能电池板与发电厂的要求不同。其次，要在多个层面上解决可靠性问题，需要针对故障机制创建多个障碍。这样，当一个元件无法在现场实现预期的性能时，另一个元件仍可以在真正强大的系统中提供保护。
到目前为止，已经在不同级别上提出了不同的PID解决方案。在单元级别，抗反射涂层(ARC)在PID灵敏度方面起着至关重要的作用。通过在生产过程中调节该层的电导率，可以使太阳能电池不易受到PID的影响。
在组件级别，存在使PV组件具有PID抗性(或“无PID”)的替代材料，并且正在对其进行优化。诸如无PID的封装材料或铝硅酸盐玻璃之类的材料限制了钠向太阳能电池的迁移率。在系统级别，采用不同的接地原理图，电场可以促进离子从太阳能电池中迁移出来。最后，功率优化器或模块级逆变器可避免在太阳能电池矩阵与接地模块框架之间积聚大量电压，从而在模块级实现较低的工作电压。
尽管这些措施很有希望，但Carolus指出，它们不能应用于已经存在PID的双面阵列。“在那种情况下，可以研究恢复技术，” Carolus说。“一种已经商业化的解决方案是在夜间将太阳能电池阵列相对于PV模块框架放置在正偏压下。这将导致离子扩散回池外，从而消除其破坏作用。但是，可逆性在很大程度上取决于PID的级别。我们证明，当性能损失超过85%时，降级是不可逆的(请参见左下方的图表)。”鉴于此，Carolus警告说，早期的PID检测至关重要。
基于物理的可靠性模型的优势在于其预测价值。PID故障机制对电压，温度和湿度的依赖性可以集成到imec基于物理的屈服框架的主要扩展中。PID进程的预测和物理模拟要考虑模块材料，设备属性和气候条件。这将是为模块生产商和材料开发人员以及光伏系统设计人员，EPC和O&M公司提供服务的必不可少的工具。它将能够更准确地预测已经在现场的光伏电站的剩余经济价值。
新颖的材料
尽管PID测试占据了可靠性研究的主要部分，但imec还致力于新型互连金属化，特别是低温焊料合金。当前的互连焊接材料是基于铅的，并且需要高于180°C的焊接工艺。Imec正在开发一种使用无铅低温焊料合金的多线互连技术，并为此设计了适应性的可靠性测试。
这种新合金具有几个优点。低温焊接与整套新材料兼容，例如异质结器件，薄膜和串联太阳能电池。不必使用有毒材料(例如铅)也是一种更可持续的解决方案。最后，由于可以在如此低的温度下进行焊接，因此可以在一个处理步骤中完成焊接和层压。
“我们将利用imec在电子组装用无铅焊料方面的广泛专业知识，以及进行FMEA(故障模式和效果分析)的专业知识来确定关键的可靠性薄弱环节和经过专门调整的方法，” Voroshazi总结道。“ [为了加快对新颖光伏技术的接受和信任，我们认为不断调整我们的可靠性和质量测试方法是关键。预计光伏将成为我们未来能源系统的主要支柱之一，可靠性不是技术问题，而是安全供应的问题。”
