一种太阳能电池长期光致衰减性能的监控测试方法

摘要

本发明公开了一种太阳能电池长期光致衰减性能的监控测试方法，其步骤是先将电池片封装后再对电池片进行光致衰减的监控。本发明能有效的避免电池片经长时间光照后栅线氧化从而导致测试结果失真的问题，而且方法简易可行，不需要额外提供昂贵的设备，测试结果可靠性高，适用于对任何电池的长时间光致衰减监控，并且能模拟室外真实光照环境操作，为硅片及电池片的研发生产提供参考。

说明书

技术领域

本发明属于太阳能电池技术领域，具体涉及一种用于太阳能电池性能的测试方法。

背景技术

晶体硅太阳能电池是太阳能发电系统的核心部件，电池性能的稳定性直接关系到整个发电系统的稳定性以及发电量大小，在日常使用中，会有一些因素导致电池性能的下降，光致衰减是其中之一。早在上世纪70年代（Fischer and W. Pschunder, Proceedings of the 10th IEEE Photovoltaic Specialists Conference, Palo Alto, CA , IEEE，New York, 1973, p. 404），人们就发现硅太阳能电池经光照一段时间之后其效率会有一定的下降，称之为光致衰减（Photo induced deterioration, PID）现象。1997年，Schmidt等发现光致衰减现象与硅片体内存在的硼氧复合对有关（J. Schmidt, A. G. Aberle, and R. Hezel, Proceedings of  the 26th IEEE Photovoltaic Specialists Conference, Anaheim, CA, IEEE, New York, 1997, p. 13）。在短时间光照下，掺B硅片内部会产生B-O复合对，形成载流子复合中心，少子寿命下降，从而导致电池短路电流和开路电压的下降。不过这种B-O复合对的形成和解离是可逆的，在200摄氏度高温下避光退火会逐渐解离，光致衰减恢复。同时，硅片内一些杂质，如Cu、Fe等的存在也会导致电池的光致衰减加剧（H. Savin, M. Yli-Koski, and A. Haarahiltunen, Appl. Phys. Lett. 95, 152111, 2009）。除了硅片自身质量因素，电池片制作工艺也会导致光致衰减发生，特别是双面钝化高效电池片工艺，钝化工艺的稳定性以及硅片质量的好坏直接影响到电池光致衰减程度。

光致衰减轻则导致最终电池功率受损发电量降低，如若严重会导致组件电池片电流严重失配，组件性能大大下降，因此各大厂家均将光致衰减作为日常监控的方向之一。目前一般只监控辐照度为5000W.h时的电池衰减，但对于电池长期光照衰减的监控却未见发表，因此上述影响因素对电池片长期电性能的影响也不曾得知。主要原因是长时间光照会导致电池片栅线氧化以致测试失真，电池经过多次操作容易破碎等，因此很难得到电池片长期光照衰减的数据曲线，从而难以断定真正导致光致衰减的原因所在。

中国专利ZL201010105090.2公开了一种电池片光致衰减测试系统及其测试方法，这种测试系统设计有密封箱，能够实现真空下电池光照衰减，从而避免了空气、湿气等对电池片表面的影响，是一种测试电池长期衰减行之有效的方法。但这种方法的弊端在于不能模拟真实的室外光照环境，同时由于有真空要求，操作箱的尺寸有所限制，不利于大批量电池片的操作。

发明内容

本发明的目的是提供一种简易可行的太阳能电池长期光致衰减性能的监控测试方法，该方法能有效的避免电池经长时间光照后栅线氧化从而导致测试结果失真的问题，而且不需要额外提供昂贵的设备，测试结果可靠性重复性高，适用于对任何电池的长时间光致衰减监控，并且能模拟室外真实光照环境操作，为硅片及电池片的研发生产提供参考。

本发明提供的一种太阳能电池长期光致衰减性能的监控测试方法，包括以下步骤：

（1）挑选目标电池片，测试电池片电学性能；

（2）将电池片正负电极分别用焊带焊接，并采用汇流条将电流引出；

（3）层压电池片，制成单片封装电池；

（4）在引出的汇流条上连接接线端子；

（5）在效率测试机台上测试初始封装电池效率；

（6）将封装电池置于光源下光照；

（7）达到预计辐照量之后取下电池，并重新置于效率测试机台上测试效率；

（8）重复光照测试过程，得到电池长时间光致衰减曲线。

步骤（1）中所述的目标电池片可以为单晶硅电池片、多晶硅电池片或其它新型薄膜太阳能电池片；所述的单晶硅电池片或多晶硅电池片为掺B，掺Ga，掺Ge等的p型片或n型片。

步骤（2）中所述的焊带与电池片正负极主栅匹配，所述的焊带与产线相同或根据电池类型自行定制；所述的汇流条横截面积应不小于所用焊带的横截面积。

步骤（6）中所述的光源为太阳能模拟器或户外太阳光；光照时，可以单块电池直接在开路状况下照射，也可以将各个封装好的单片电池串联并短接，模拟电站真实工作环境进行照射。

步骤（7）和（8）中初始辐照量为0.1-20kwh，后续辐照间隔辐照量为0.5-50kwh，光照完毕后应待电池冷却至室温再进行效率测量。

与现有测试方法相比，本发明具有如下优势：

(1) 本发明提供的测试方法简易可行，不需要增加额外的设备，能有有效避免现存测试模式中电池片光照后栅线氧化导致测试结果失真的问题。 

(2) 本发明提供的测试方法直接适用于单片电池片的光致衰减的监控，能更真实的反应电池本身的光衰变化趋势。太阳能组件厂中，传统大块组件（60片或72片电池）也会进行光致衰减实验，但如果多块电池片衰减不一致，并且电流电压匹配度不好，很难得到准确的电池片自身光衰情况。

(3) 本发明提供的测试方法能更好的模拟太阳能电站工作情况。将制作好的封装电池正负极短接后置于太阳下光照，可以方便而快捷的模拟电站工作环境，得到更真实的电池衰减变化曲线。

附图说明

图1 为本发明实施例中封装电池的结构示意图，封装电池从上到下依次为玻璃，EVA，正面电极焊带，电池片，背面电极焊带，EVA和背板，图中：1、背面电极焊带；2、背面电极汇流条；3、电池片；4、玻璃；5、正面电极汇流条；6、正面电极焊带；

图2 为本发明实施例中单晶硅电池片221小时光致衰减变化曲线；

图3 为本发明实施例中不同片源多晶硅电池片221小时光致衰减变化曲线；

图4 为本发明实施例中n型电池片167小时光致衰减变化曲线。

具体实施方式

实施例1

本实施例说明了本测试方法在普通掺B单晶硅电池片上的运用。电池初始辐照量为5kw.h，后续间隔辐照量为18kw.h。具体步骤如下：

（1）    选取5片156S单晶掺B片，其平均功率为4.46W；

（2）    焊接电池片，焊带规格为180mm x 1.6mm x 0.15mm，并采用汇流条将电流引出，汇流条规格为300mm x 6mm x 0.4mm；

（3）    将电池片层压封装；

（4）    在引出的汇流条上连接接线端子；

（5）    在效率测试机台上测试封装电池初始效率；

（6）    将封装电池置于太阳光模拟器下光照5h，模拟器光强为1000W.m^-2；

（7）    光照结束后置于效率测试机台上测试效率；

（8）    将测试完毕的电池置于1000W.m^-2太阳光模拟器下光照，每18h间隔测试一次效率，得到电池长时间光致衰减曲线。

本实施例将电池层压封装之后测试单晶硅电池效率随光照时间的变化情况，能够有效的避免电池栅线氧化造成的效率失真。图2列出了普通掺B单晶硅电池片光致衰减随时间的变化情况，可以看到掺B电池片在5h光照后光致衰减达到最大值，随着光照时间增加，光致衰减值逐步下降，说明随着光照时间的增加，电池性能在逐渐恢复。这个结果有效的说明了长期衰减监控的必要性，传统的5000W.h辐照量并不能真实的反应电池的衰减情况。

实施例2

本实施例说明了本测试方法在普通多晶硅电池片长期衰减监控上的运用，为了比较不同的片源光衰情况，本实施例选择了国内2种不同片源。电池初始辐照量为5kw.h，后续间隔辐照量为18kw.h。具体步骤如下：

（1）    选取10片156M多晶硅电池片，国内两家不同片源各5片，其平均功率分别为4.12W和4.27W；

（2）    焊接电池片，焊带规格为180mm x 1.6mm x 0.15mm，并采用汇流条将电流引出，汇流条规格为300mm x 1.6mm x 0.25mm；

（3）    将电池片层压封装；

（4）    在引出的汇流条上连接接线端子；

（5）    在效率测试机台上测试封装电池初始效率；

（6）    将封装电池正负极短接后置于1000W.m^-2太阳光模拟器下光照5h；

（7）    光照结束后置于效率测试机台上测试效率；

（8）    将测试完毕的电池再次正负极短接，并置于1000W.m^-2太阳光模拟器下光照，每18h间隔测试一次效率，得到多晶硅电池长时间光致衰减曲线。

本实施例测试了两家不同片源多晶硅太阳能电池光致衰减随光照时间的变化情况，并在光照过程中将电池正负极短接以模拟太阳能电站实际工作情况。图3为两种多晶硅电池片光致衰减随时间的变化情况，可以看到国内-2的衰减幅度明显大于国内-1，但两者变化趋势相同，光致衰减都随光照时间的增加逐步增大，这个结果与传统观念认为的多晶光致衰减较单晶电池小也不一致。实验结果表明，虽然在初始5000W.h辐照量时，单晶硅电池片表现出的光致衰减比多晶硅电池片更大，但长期监控下来结果却大不相同，更进一步说明了长期光致衰减监控的必要性。

实施例3

本实施例说明了本测试方法在n型晶体硅太阳能电池片光致衰减监控上的运用。具体步骤如下：

（1）    选取5片156S n型电池片，其平均功率为4.80W，平均效率为20.09%；

（2）    焊接电池片，焊带规格为180mm x 1.6mm x 0.15mm，并采用汇流条将电流引出，汇流条规格为300mm x 3mm x 0.4mm；

（3）    将电池片层压封装；

（4）    在引出的汇流条上连接接线端子；

（5）    在效率测试机台上测试封装电池初始效率；

（6）    将封装电池于晴天置于室外太阳光下光照5h；

（7）    光照结束后置于效率测试机台上测试效率；

（8）    将测试完毕的电池重新置于户外光照，天气晴朗时每天9:00-15:00光照6h，每光照18h测试一次效率，得到电池长时间光致衰减曲线。

本实施例测试了n型晶硅电池效率随光照时间的变化情况，将封装好的电池片置于室外光照，模拟户外情况。图4列出了n型电池片光致衰减随时间的变化情况，可以看到n型电池片光致衰减值随着时间变化在零点上下浮动，说明n型片在长时间光照下几乎没有衰减，LID值的上下波动可能是测试误差造成的，在合理范围之内。

实施例4

本实施例说明了本测试方法在普通掺镓单晶硅电池片光致衰减监控上的运用。具体步骤如下：

（1）    选取5片156S掺镓电池片，其平均功率为4.45W，平均效率为18.62%；

（2）    焊接电池片，焊带规格为180mm x 1.6mm x 0.15mm，并采用汇流条将电流引出，汇流条规格为300mm x 3mm x 0.4mm；

（3）    将电池片层压封装；

（4）    在引出的汇流条上连接接线端子；

（5）    在效率测试机台上测试封装电池初始效率；

（6）    将封装电池于晴天置于室外太阳光下光照2h；

（7）    光照结束后置于效率测试机台上测试效率；

（8）    将测试完毕的电池重新置于户外光照，天气晴朗时每天9:00-15:00光照6h，每光照12h测试一次效率，得到电池长时间光致衰减曲线。

本实施例测试了掺镓单晶硅电池效率随光照时间的变化情况，将封装好的电池片置于室外光照，模拟户外情况。本实施例光照间隔较短，可以更密集的检测掺镓电池片长期光衰情况。