在实地相关条件下，加速受光照和高温引起的退化影响的硅太阳能电池的再生速率

《COMPUTERS and EDUCATION》：Accelerating the regeneration rate of silicon solar cells affected by light- and elevated temperature-induced degradation under field-related conditions

硅太阳能电池LeTID退化及电流注入再生技术研究。提出利用双向逆变器在近场条件加速LeTID电池再生，实验证明电流注入显著提升暗/光条件下再生速率，并开展应用指南与经济性分析。

　　光致和高温引起的退化（Light- and Elevated Temperature-Induced Degradation, LeTID）是当前光伏产业面临的重要挑战之一。这种现象主要发生在硅基太阳能电池中，尤其是在多晶硅（mc-Si）和背面接触电池（PERC）中。LeTID会导致电池性能显著下降，进而影响整个光伏系统的长期发电效率。据研究，这种退化在某些情况下可能造成高达10%的相对性能损失。由于LeTID通常在太阳能电池的常规工作条件下发生，其影响可能波及多种高纯度材料，包括n型和p型的Czochralski生长硅片（Cz-Si）以及浮区生长硅片（FZ-Si）。然而，现有的修复技术大多依赖于高温（超过90°C）或高强度光照，这使得它们在实际应用中存在诸多不便。此外，工厂内进行的处理方法在长期效果方面仍存在不确定性。因此，寻找一种能够在实际运行条件下快速恢复性能的解决方案显得尤为重要。

在本研究中，我们提出了一种新的修复方法，该方法利用了逆变器技术的最新发展。这种方法的核心在于在实际运行条件下对受LeTID影响的模块注入电流，以加速其恢复过程。该方法特别考虑了实际应用中的各种限制，包括由串熔断器和旁路二极管所施加的电流限制。实验结果表明，电流注入在光照和无光照条件下均能显著提升LeTID的恢复速度。此外，我们还为大规模光伏电站的应用提供了指导，并进行了技术经济分析，以评估该方法的潜在经济价值。研究结果表明，该技术有望成为一种有效的手段，用于恢复受LeTID影响的太阳能模块的性能，为提升光伏系统的发电能力和稳定性提供了一条有前景的路径。

LeTID的出现和发展与光伏技术的进步密切相关。最初，这一现象在2012年被观察到，主要影响的是多晶硅的PERC电池。随着光伏市场的不断发展，PERC电池曾占据主导地位，但近年来，新的高效率技术如隧道氧化层钝化接触（TOPCon）和硅异质结（SHJ）太阳能电池逐渐成为主流。与PERC电池不同，这些新型技术通常采用n型硅片，虽然n型硅片仍然可能受到LeTID的影响，但其退化程度通常低于p型硅片。然而，即使在这些新型技术中，LeTID仍可能对电池的性能造成一定影响，例如，商业TOPCon电池和模块在75°C下的单光照射条件下报告了0.25%到0.30%的效率损失。研究还表明，退化程度受到多种因素的影响，包括钝化层中的氢含量、快速热退火温度、掺杂策略、硅片质量以及氧化程度。如果这些因素的制备条件不佳，退化程度可能会超出报告范围。

对于SHJ电池，研究显示在85°C的单光照射条件下，其开路电压（Voc）会出现3到4毫伏的下降。随着温度的升高，这种Voc的退化变得更加明显。在持续光照下，报告指出Voc的退化可以在一定程度上得到恢复，例如，在160°C的单光照射下，经过2小时后，效率损失可以减少到0.1%。提高光照强度到40倍太阳光，可以显著加快这一过程，使得在150°C下，仅需100秒即可实现0.2%的效率提升。这种改善可能部分归因于热辅助光照射，它可以减少硼掺杂氢化非晶硅薄膜中的结构缺陷，从而提高暗电流导电性，并改善电池的填充因子。

尽管这些研究提供了有价值的见解，但LeTID的修复和恢复过程仍然存在许多挑战。对于未经处理的电池，LeTID的退化和恢复过程可能需要数年时间，这导致了大规模光伏电站中的显著能量损失。为了应对这一问题，文献中已经探讨了多种方法，包括减少硅片厚度、选择具有较低LeTID敏感性的硅片、磷扩散处理、调整介质层的化学计量比、组成和厚度，以及改变金属化烧结曲线。然而，这些方法可能会带来性能上的权衡，例如，调整介质层的参数可能会对电池的其他性能产生不利影响。因此，寻找一种既能有效修复LeTID，又不会影响电池其他性能的解决方案是当前研究的重点。

本研究提出的方法基于逆变器技术的最新进展，特别是在集成储能系统的大型光伏电站中，双向逆变器正逐渐成为标准配置。这种逆变器能够支持在实际运行条件下对光伏模块进行电流注入，从而加速其恢复过程。与传统的修复方法相比，该方法不仅在实际应用中更加可行，而且在长期效果方面也更具优势。通过实验，我们发现电流注入在光照和无光照条件下均能显著提高LeTID的恢复速度，这表明该方法在实际应用中具有广泛的适用性。此外，通过模拟，我们验证了该方法的可行性，并评估了其在大规模光伏电站中的潜在经济效益。

在实际应用中，电流注入的实施需要考虑多个因素，包括电流强度、温度控制以及光照条件。为了确保修复过程的有效性，我们设计了一系列实验，测试了不同电流强度对LeTID恢复时间的影响。实验结果显示，电流强度在5到40安之间变化时，对恢复速度的影响显著。然而，为了符合实际应用中的电流限制，我们选择了低于20安的电流强度进行测试。这一选择不仅反映了实际运行条件下的限制，也确保了修复过程的安全性和可行性。

此外，我们还探讨了电流注入在不同光照条件下的效果。实验表明，无论是在光照还是无光照条件下，电流注入均能有效促进LeTID的恢复。这表明该方法不仅适用于白天的光照条件，也适用于夜间或阴天等低光照环境。这一特性使得该方法在实际应用中更加灵活，能够适应不同的运行场景。同时，我们还进行了技术经济分析，评估了该方法在大规模光伏电站中的潜在经济效益。结果显示，电流注入方法在提升光伏系统发电能力的同时，还能降低维护成本，从而提高整体的经济性。

本研究的成果为解决LeTID问题提供了新的思路。通过结合逆变器技术的最新发展，我们提出了一种能够在实际运行条件下快速恢复太阳能模块性能的方法。这种方法不仅克服了传统修复技术在高温和高强度光照方面的限制，还为大规模光伏电站的运行提供了可行的解决方案。此外，该方法在提升发电能力的同时，还能提高系统的稳定性和可靠性，为光伏产业的可持续发展提供了有力支持。

在实验过程中，我们采用了6英寸的商用Czochralski生长的p型PERC电池，这些电池由工业合作伙伴提供。所有电池的退化过程均在63°C的单光照射条件下进行，以模拟实际运行中的典型白天条件。为了评估电流注入对LeTID恢复的影响，我们测试了多种电流强度，并记录了相应的性能变化。实验结果显示，电流注入能够显著提升LeTID的恢复速度，无论是在光照还是无光照条件下，这一效果均较为明显。此外，我们还进行了模拟，以验证该方法的可行性，并评估其在实际应用中的经济性。

通过这一研究，我们不仅为解决LeTID问题提供了新的方法，还为光伏系统的优化和升级提供了理论依据。随着光伏技术的不断发展，LeTID的修复和恢复问题将变得更加重要。因此，探索一种能够在实际运行条件下快速恢复性能的方法，不仅有助于提升光伏系统的发电效率，还能延长其使用寿命，为光伏产业的可持续发展提供支持。