PERC电池的失效机理我们真的了解透彻了吗？

由于PERC电池的效率要明显高于常规电池，因此近几年PERC电池越来越引起行业重视，产能获得快速扩张，基本取代了常规电池。但是新的技术必然伴随新的失效模型，我们对PERC电池的失效模型真的了解透彻了吗？是否存在一些我们误判的失效现象？本文主要探讨几个常见的容易误判的失效现象。

1.PERC电池组件高温高湿（DH）失效

常规电池组件经历了多年的发展，技术相对比较成熟，标准的IEC61215测试失效情况相对很少，能通过2倍，3倍的IEC测试的常规电池组件也比比皆是。但是对于PERC电池组件，我们发现不同厂家的PERC电池，其耐老化性能是有较大差异的。

表1是某厂家掺镓PERC单晶电池成的组件在DH测试前后的电性能参数变化。由于采用掺镓工艺，30kWh/m²的LID测试后，功率基本没有衰减，但是在800小时的DH测试后的功率衰减达5.43%，按照IEC61215标准，该组件DH测试失败。从电性能参数的衰减值看，主要是Isc的衰减导致了功率的下降。

表1掺镓PERC单晶电池组件在DH测试前后的电性能参数

图2是该失效组件测试前后的EL图变化。从EL图看，在通相同电流情况下，组件整体均匀变暗，不存在焊接不良或是焊带、电池腐蚀的现象。因此可以判断该组件DH失效是电池本身原因导致的。

那么是什么原因导致该PERC电池组件DH后失效呢？该失效是否可逆？

图1 左：原始EL图；右：800小时DH测试后EL图

我们对该失效组件参照LeTID（Light and elevated temperature induced degradation）恢复的测试方式：85℃，通Isc电流，48hrs后取出测试，其电性能参数的变化如表2所示。我们发现，48小时的LeTID恢复测试后，与DH800后的组件功率相比，功率恢复了2.03%。从EL图看（图2所示），在通相同电流情况下，组件EL图整体开始变亮。

表2 掺镓PERC单晶电池组件在LeTID测试前后的电性能参数

图2 左：800小时DH测试后EL图；右：48hrsLeTID恢复后EL图

由于该PERC电池组件在DH后的功率衰减是可以通过LeTID恢复的方法恢复，因此我们可以做一个大胆的推断：

1）该掺镓PERC单晶电池组件的DH后失效有部分是LeTID失效导致的；

2）对于PERC电池的LeTID失效机制，仅高温就可以触发，而非需要高温下通（Isc-Imp）电流；

依据新南威尔士大学的研究报告[1]，LeTID是由某种或某几种金属杂质与氢的复合物导致的，通过控制氢含量可以有效改善LeTID性能。采用掺镓硅片后，因为无需引入过多的氢来钝化硼氧缺陷，因此可以更容易控制好LeTID。但是从实测数据来看，电池厂家即使采用掺镓硅片，也并不能完全解决LeTID问题，还需要电池厂商做进一步的工艺改善。

另外，目前在IEC61215标准中，只有DH测试中组件是不通电流的，该情况与组件实际户外工作的情况是不相符的。户外组件实际工作情况下，组件温度虽然会升高，但是组件同时也在发电，也就是组件工作情况下一直处于LeTID恢复的状态，因此在DH测试中发现的失效在户外状态下未必会发生。那么目前的DH测试是否会对评估PERC电池存在错判，是否应该考虑在整个测试过程中通一定的电流以模拟户外实际的情况，这个是需要IEC标准组去衡量评估的。

2.PERC电池组件PID测试失效，真的是PID现象吗？

对于常规电池的PID现象，目前已经研究的较为透彻，其在电池端的解决方案也相对成熟，因此客户端对于常规电池的PID问题也已不再提及。但是我们发现不同厂家的PERC电池抗PID性能是不太一致的，尽管他们也参照常规电池的PID解决方案来管控，但实际效果却差强人意。

表2是某掺硼PERC单晶电池组件PID（85℃，85%R.H.，-1000V，192hrs）后的功率衰减达7.57%。从参数的变化来看，Isc的下降要远大于Voc的下降，这和常规电池的PID衰减特性不太相符，我们知道常规电池的PID衰减主要表现在Voc的下降。从图3的EL图看，192小时PID测试后EL图又是和PID衰减的EL图相符的。因此，通常情况下我们可能会判断该组件是PID失效导致的。但是该组件失效真的是PID失效吗？

表3 掺硼PERC单晶电池组件在PID测试前后的电性能参数

图3左：原始EL图；右：192小时PID测试后EL图

但是，当我们同样对该组件参照LeTID恢复的测试方式：85℃，通Isc电流，48hrs后取出测试，其电性能参数的变化如表4所示。我们发现，48小时的LeTID恢复测试后，与PID后的组件功率相比，功率恢复了5.85%。从EL图看（图2所示），在通相同电流情况下，大部分发黑的电池开始恢复至初始的状态，EL图整体开始变亮。

表3 掺硼PERC单晶电池组件在LeTID恢复测试前后的电性能参数

图4左：192小时PID测试后EL图；右：48hrsLeTID恢复后EL图

因此，我们也可以判断，该掺硼PERC单晶电池组件的在PID测试后的失效并非完全是PID现象，而是LeTID贡献了绝大部分的衰减，因为该组件在做PID测试时是采用85℃，85%R.H.的测试条件，在此测条件下组件会伴随LeTID现象。

因此，目前85℃，85%R.H.条件下的PID测试方法来评估PERC电池的抗PID性能是不太合适的。一方面，测试过程中掺杂了2种失效现象（PID，LID）；另一方面，在实际户外工作的状态下，组件是产生电流的，也就是组件工作情况下一直处于LeTID恢复的状态，实际是不一定会发生LeTID现象的。85℃，85%R.H.条件下的PID测试会对评估组件的抗PID性能产生误判，因此建议对于PERC电池组件应采用25℃下覆传导膜的PID测试方法。

3.结论

PERC电池是近几年才商业化的新技术，因此对于PERC电池的失效现象，目前为止我们还是了解的不够透彻的，这会对电池端的改善带来一定的难度。

目前的IEC标准的发展跟不上电池技术的发展，现有的一些测试方法会对评估PERC电池的可靠性带来误判。

参考文献：

1. Daniel Chen, "A Current Perspective on Light-and Elevated Temperature-Induced Degradation (LeTID): Defect Mitigation, Models and Root Cause", 15thChina SoG Silicon and PV Power Conference.

来源：摩尔光伏；作者无锡尚德太阳能电力有限公司光伏实验室 龚海丹