OFweek太陽能光伏訊：PID現在是光伏界的流行詞，很多人常常提起。然而，PID產生的原因是什么，應該如何避免呢?

一、什么是PID？

PID的英文全稱是：Potential Induced Degradation，即電勢誘導衰減。

2005年美國SunPower公司首次發現并提出PID效應，自此，光伏界同仁開始關注PID的研究和討論;近年來，隨著光伏應用的大規模鋪開，PID頻繁進入大家的視線，我們對它的研究也逐步深入。

相對于研究文獻中對PID復雜難懂的解釋，本文試圖通過通俗的表述，使大家對PID的產生及相應的解決辦法有一個直觀的理解。

二、PID效應的產生原因？

1）最早的原因解釋

Sun Power公司于2005年最先發現PID效應時提出：

組件串聯后可形成較高的系統電壓(以美國為代表的600V，以歐洲為代表的1000V)，組件長期在高電壓工作，在蓋板玻璃、封裝材料、邊框之間存在漏電流，大量電荷聚集在電池片表面，使得電池片表面的鈍化效果惡化，導致填充因子(FF)、短路電流(Isc)、開路電壓(Voc)降低，使組件性能低于設計標準。SunPower稱此現象為表面極化效應，但此衰減是可逆的。

上述研究思路和結論被后來諸多研究者所引用，再詳細解釋一下。

下圖為Sun Power電池的結構示意圖。

圖一：Sun Power電池剖面結構示意圖

多個(例如現在常用的是22個)光伏組件串聯之后，處于組串末端的光伏組件的工作電壓會比較高(400V~900V之間)，且組件邊框一般都是接地的(電壓為0V)。因此，高壓組件的電池片和地面之間有可能會形成電流，此電流稱為漏電流。

然而，電池片和地面之間還隔著EVA和玻璃。一般情況下這兩種材料是不導電的(或者其導電性非常差)，但電池片電壓較高時，也會有很小的電流從電池流向地面(如圖一的步驟1所示)，其大小在微安量級;

封裝材料流向地面的漏電流形成后，在電池減反膜(ARC)表面(如圖一中2所示)留下了負離子(也可以看成一定數量的電子從地面流到電池的減反膜表面)，造成了負電荷的積累;負電荷積累之后，將會吸引pn結中的一部分空穴(帶正電)。

根據光伏效應的原理，空穴應該流向電池的p區(正極)，所以部分空穴被吸引后，電池將不能達到設計的功率輸出，太陽電池的填充因子(FF)、短路電流(Isc)和開路電壓(Voc)降低，組件性能低于設計標準值。

2）第二種原因解釋

組件在受到負偏壓時，由漏電流陽極離子(一般為Na離子)流入電池片(如圖二所示)，降低電池的并聯電阻。即，半導體內出現了雜質，這些雜質會形成電池內部的導電通道，降低了組件的電流輸出。

圖二施加正負偏壓時pn結活性區的離子遷移情況

3）第三種原因解釋

光伏組件的邊緣部分容易有水氣進入，EVA發生水解后會生成醋酸，醋酸和玻璃中的Na反應，可以生成大量的自由移動的Na離子，會與電池片表面的銀柵線發生反應，從而腐蝕電池柵線，導致串聯電阻的升高，導致組件性能衰減，此類衰減不可恢復(如圖三所示)。

圖三、焊帶附近的腐蝕現象

4）PID形成原因小結

關于光伏系統中產生的PID效應的完整機理仍有待研究，但可以比較確定的是：

單個電池片或組件的電壓比較低，但多個組件串聯之后，形成了較高的電壓，經過長時間的作用，產生了兩類意外的問題：

1)原PN結電場情況改變，或存在其它的電流通道，造成實際流過PN結的光生電流減小;

2)器件受到離子遷移的影響，材料性能發生了不可恢復的變化，和原始制造出的組件相比，輸出功率變小。

PID也說明了單個產品和由多個產品構成的系統之間性能的巨大差異。

三、如何減緩或避免PID效應

1、組件接地

如果給組件施加負偏壓(電池片電壓相對邊框為負值)，則可以把上述積累的負電荷排出到地面上，電池性能得到恢復，這就是電池性能可恢復的極化效應。

基于上述分析，在組件進行串聯使用時，為了避免極化效應，SunPower提出n型前表面太陽電池的組件采取正極接地，p型前表面電池的組件采用負極接地。

2、增強組件的絕緣和防水性能，減小漏電流：例如采用穩定性能更好的封裝材料，不使用金屬邊框，增加電池的體電阻，改進鈍化膜的厚度和特性，在器件中增加阻擋層等;

3、杜絕離子產生的源頭：采用石英玻璃，低鈉玻璃等

4、降低組串電壓

小規模項目可考慮使用微型逆變器，降低組串電壓。

四、設想和建議

盡管可分別從電池、組件和系統端減弱或避免PID，但PID效應的影響最終還是體現在電池片上。因此，建議電池廠家對產品進行更全方位的研究，上下游結合，整體考慮性價比高的解決方案。比如，系統集成商如果采用負極接地，則需要使用帶隔離變壓器的逆變器，采用這種逆變器首先成本高，其次效率也會降低，造成整體系統的PR(系統效率)值降低，這是大家不愿意看到的結果，因此建議由組件廠家為終端客戶提供建議方案。

進行組件PID測試時，除了驗證新產品之外，還建議定期從系統現場取部分樣品進行檢驗，這樣才能清楚地了解組件實際使用時的情況。此外，建議根據不同的使用場合，例如風沙大的地區，高溫高濕地區，海島高腐蝕性地區等，制備不同標準的產品，而并不一定非要采用性能最好的原材料。因此，建議電池(組件)廠家在保證安全、可靠的基礎上，綜合考慮性價比。