n型硅光伏组件在户外紫外与湿热耦合作用下的功率衰减机制研究

这篇研究揭示了商用n型硅光伏组件（n-PERT/TOPCon/SHJ）在户外长期运行中出现的~2%/年功率衰减现象。通过多尺度表征技术（EL/PL/IV/EQE/DLIT/SEM/EDS/XPS/FTIR/HPLC）发现衰减源于两种机制：紫外诱导表面复合损耗（UVID）和栅线界面电阻升高（Rs）。创新性地通过加速测试（67.5 kWh/m2 UV+1000h 85°C/85%RH）复现了户外衰减，证明现有IEC 61215-2标准（15 kWh/m2 UV）的不足，为制定更严苛的复合应力测试标准提供了科学依据。

　　

紫外与湿热耦合诱导的n型硅光伏组件功率衰减机制

引言

全球光伏产业正加速向n型硅电池（n-PERT/TOPCon/SHJ）转型，但其长期可靠性面临挑战。研究发现某些n型电池对紫外诱导衰减（UVID）特别敏感，而现行IEC 61215-2标准仅要求15 kWh/m² UV测试（相当于户外2-3个月暴露），难以捕捉长期衰减。本研究针对某3MW电站中年衰减率达2.4%的n-PERT组件展开多维度解析。

研究方法

选取6年户外暴露组件与未使用备件进行对比分析。采用独创的模块钻孔技术获取单电池核心样品，结合：

• •

  电学表征：多辐照度IV测试、Suns-Voc、电致发光（EL）、光致发光（PL）成像

• •

  材料分析：扫描电镜（SEM）揭示栅线形貌，能谱（EDS）发现高R_s电池栅线缺锌（Zn）

• •

  化学分析：傅里叶红外（FTIR）检测醋酸浓度，高效液相色谱（HPLC）定量分析

关键发现

户外组件呈现两类衰减模式：

1. 1.

   表面复合损耗：EQE蓝光区显著下降，Voc损失1.32-1.50%/年

2. 2.

   串联电阻升高：特定电池的FF额外损失0.03-1.54%/年，SEM-EDS显示这些电池栅线氧化剂缺Zn

加速测试突破

通过阶梯式UV暴露实验（最高6000h=405 kWh/m²）发现：

• •

  67.5 kWh/m² UV（现行标准4.5倍）才引发可测功率损失

• •

  后续1000h湿热测试（85°C/85%RH）使UV暴露电池产生29%额外衰减，而非暴露电池几乎无变化

• •

  FTIR证实UV+湿热组醋酸浓度是单纯湿热组的6倍

机制解析

1. 1.

   紫外损伤：365nm光子破坏Si-H键（3.4eV），导致表面钝化层失效

2. 2.

   协同效应：UV促进EVA封装材料Norrish II型反应，加速醋酸生成腐蚀栅线界面

3. 3.

   材料敏感性：含Zn银浆表现更优抗腐蚀性

标准建议

研究建议修订IEC标准：

• •

  延长UV测试至≥67.5 kWh/m²

• •

  引入UV+湿热复合应力测试

• •

  规范UV剂量计算区间（建议280-400nm）

该研究首次通过加速测试复现户外UVID现象，揭示了材料界面退化与环境应力的复杂交互作用，为新一代光伏组件可靠性设计提供了关键科学依据。