今年7月份，RETC發(fā)布的2024 年光伏測試實驗室的結(jié)果引起了人們對一些 n 型 TOPCon 和 HJT 組件中紫外線誘導(dǎo)降解 （UVID） 的擔(dān)憂?？稍偕茉礈y試中心 （RETC） 的“光伏組件指數(shù)報告”指出，40% 的測試組件在紫外線測試后表現(xiàn)出至少 5% 的性能損失。

10月，加利福尼亞州的 Kiwa PVEL實驗室進(jìn)一步在 120 kWh/m2的暴露下進(jìn)行了光伏組件紫外線測試，并報告了一些n型TOPCon組件高達(dá)16.6%的性能損失。該實驗室的銷售和營銷副總裁 Tristan Erion-Lorico 表示，根據(jù)案例的表現(xiàn)，第一年后的功率損耗最高為1%，之后為0.4%，預(yù)計組件在40年里最高將有16.6%的功率損耗。

測試程序還發(fā)現(xiàn)了大量對 UVID 更具適應(yīng)力的組件。在此前RETC測試的組件中，40%的組件功率損耗低于2%，而Kiwa PVEL 測試的組件中約有一半的功率損耗低于3%。毫無疑問，這些結(jié)果需要更仔細(xì)地研究光伏組件中紫外線誘導(dǎo)的退化、導(dǎo)致退化的機制以及如何避免它。

紫外線加速測試

紫外線測試長期以來一直是光伏組件測試的標(biāo)準(zhǔn)程序，由于光伏組件的封裝或膠帶風(fēng)化而導(dǎo)致的性能損失在老一代光伏組件中很常見，但隨著封裝技術(shù)的進(jìn)步很快就解決了這個問題。

此后，由于很少有組件再遇到與紫外線相關(guān)的問題，測試重點轉(zhuǎn)移到了當(dāng)時更緊迫的問題上，IEC太陽能組件標(biāo)準(zhǔn)中也僅規(guī)定15 kWh/m2 的紫外線輻照測試，用來淘汰表現(xiàn)最差的太陽能組件。

然而近年來，UVID衰減現(xiàn)象又再次出現(xiàn)了，使用多種材料的薄沉積層技術(shù)似乎使TOPCon和HJT組件變得容易受到影響。

“我們從研究界得到的反饋表明，對于這些更精細(xì)的電池結(jié)構(gòu)，紫外線是一個更重要的因素?！盓rion-Lorico 說。“因此紫外線測試被重新引入擴展可靠性測試，包括Kiwa PVEL的PQP測試?！?

通過加速紫外線測試來準(zhǔn)確預(yù)測30年內(nèi)對光伏組件的影響是一個重大挑戰(zhàn)。根據(jù)Erion Lorico的估計，目前測試速度最多可以加快約五倍，即在紫外線測試室中放置一整年相當(dāng)于在現(xiàn)場安裝五年。他解釋說，紫外線測試需要能考慮實際場景的結(jié)果，因此不能簡單的加大紫外線輻照，在考慮實際場景的情況下，進(jìn)一步加速紫外線測試將使得結(jié)果變得不可靠?！?

例如，實際場景中不同地理位置的紫外線強度不同，根據(jù)中東太陽能行業(yè)協(xié)會的數(shù)據(jù)，安裝在迪拜的組件所受到的紫外線照射是柏林的5.4倍。

另外，此前9月份RETC首席執(zhí)行官Cherif Kedir在網(wǎng)絡(luò)研討會上曾指出，紫外線衰減是一種累積效應(yīng)，即使測試表明組件容易受到紫外線損傷，但仍然需要長期觀察來表明隨時間的變化。

“我們正在嘗試進(jìn)行長期的紫外線暴露，看看光伏組件是否每年都在退化，”Kedir補充說，“另一個未知數(shù)是，即使是低水平的紫外線退化是否會觸發(fā)其他退化機制。“這些都是行業(yè)還不清楚的問題，目前正在進(jìn)行大量研究?！?

紫外線衰減機制和應(yīng)對措施

Kiwa PVEL 的高級工程師Archana Sinha 多年來一直在研究紫外線對太陽能電池的影響，她表示，“目前已經(jīng)確定存在多種降解機制，部分機制衰減更強，而有些部分是可逆的?！?

Sinha 和其他研究人員的工作揭示了由紫外線導(dǎo)致的三種主要降解機制，與電池結(jié)構(gòu)和組件封裝的復(fù)雜性有關(guān)。

Sinha 解釋說，對UVID的敏感性與太陽能電池內(nèi)各層的材料和厚度有關(guān)，較薄的鍍膜層和某些材料，如折射率小于2.29的氮化硅，表現(xiàn)出更高的紫外線透明度。這意味著它們會通過更多的光線和紫外線，一旦進(jìn)入電池，短波長紫外光就有足夠的能量打破硅和氫之間的化學(xué)鍵，破壞電池鈍化并降低電池的效率。

另外電池本身的質(zhì)量也起著重要作用，Sinha說：“如果它本身的基層中就存在更多的缺陷，那么它就會加速退化。”

在減少這些衰減機制的影響方面，有三種可能的解決途徑。

前兩種方法主要通過防止紫外線光子到達(dá)電池，要么采用低紫外線透射的光伏玻璃，要么使用特定的封裝材料來阻擋紫外線或?qū)⒆贤饩€光子“降檔”為可見光，第三種選擇則是從電池本身設(shè)計角度出發(fā)。

例如，中國封裝材料供應(yīng)商賽伍技術(shù)為HJT組件開發(fā)了一種防紫外線封裝材料，它是一種光轉(zhuǎn)換膜（LCF），于2023年推出市場，名為Raybo，該光轉(zhuǎn)膜在玻璃和組件之間形成了一層薄膜，可以吸收紫外線光子，并將紫外線降低為破壞性較小的藍(lán)光，在降低紫外線降解機制的同時，帶來更高的光轉(zhuǎn)換效率。

例如，中國光伏組件制造商華晟在其最新的 HJT 組件中使用 LCF，并指出，采用LCF所涉及的額外成本（比標(biāo)準(zhǔn)封裝膠高出約 0.50 美元/m2）在很大程度上被光轉(zhuǎn)膜帶來的更高轉(zhuǎn)換效率所抵消。

華晟歐洲業(yè)務(wù)總監(jiān) Christian Comes 表示，“目前，我們沒有看到紫外線對電池層面帶來的衰減機制，LCF 已被證明壽命長，并且可以很好地減輕紫外線對電池的影響。因此，LCF是我們目前確保抵抗紫外線衰減和耐用性的主要策略?！?

另外，賽伍技術(shù)的一位代表還表示，該公司還在為 TOPCon 電池開發(fā) LCF 解決方案，但在封裝上需要不同的配方，因為 TOPCon 電池對腐蝕更敏感，并指出 TOPCon 客戶往往對成本更敏感。

電池層面的解決方案

TOPCon 生產(chǎn)商似乎有更多機會在電池設(shè)計上解決這個問題，這也是組件測試專家喜歡的方法?！拔覍]有表現(xiàn)出易感性的電池會感覺舒服得多，”RETC 的 Kedir 說?！皬母瓷辖鉀Q問題總是更好，而且總是更便宜，因為膠膜會增加成本?！?

在同一次光伏雜志網(wǎng)絡(luò)研討會上，天合光能產(chǎn)品經(jīng)理Ling Zhuang指出，該公司的Vertex TOPCon組件經(jīng)過RETC的紫外線測試，將組件暴露在220kWh/m2的紫外線下后，正面性能下降了1.44%，背面性能下降了1.06%。在中國CGC的進(jìn)一步測試中，這些組件暴露在300 kWh/m2的紫外線下，正面功率下降1.64%，背面功率下降1.26%。她指出，經(jīng)過紫外線測試周期后，該組件還通過了絕緣和濕漏電流測試。

Zhuang 將這種出色的表現(xiàn)歸功于電池生產(chǎn)過程中精密的工藝設(shè)計、控制和監(jiān)控。她進(jìn)一步解釋說，天合光能的鈍化結(jié)構(gòu)確保了低自吸收性，使紫外線光子造成傷害更低。

另外，還使用精密的測量來控制鈍化層的厚度。

莊解釋說，一些制造商使用每個電池的平均薄膜厚度進(jìn)行計算，但天合光能是根據(jù)每個電池上幾個選定點測量的厚度進(jìn)行計算的，以確保更好的均勻性。她補充說，仔細(xì)監(jiān)測電池生產(chǎn)過程是在生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)潛在問題的關(guān)鍵，以免影響大量設(shè)備。她說：“我們應(yīng)用了智能信息管理……來監(jiān)控整個過程并發(fā)現(xiàn)潛在的問題。”

行業(yè)專家一致認(rèn)為，盡管UVID影響可以在電池生產(chǎn)過程中得到一定控制，但并非所有太陽能制造商都采取了如此謹(jǐn)慎的方法。Kiwa PVEL的Erion Lorico表示：“我們看到了一系列測試結(jié)果，當(dāng)然不是說TOPCon不可靠，但制造商及其客戶需要意識到這里的風(fēng)險?！?

UVID衰減的恢復(fù)策略

研究人員觀察到，當(dāng)放置在特定條件下時，太陽能電池可以恢復(fù) UVID 損失的一些性能。在這方面做更多的工作可能有助于為已經(jīng)出廠的組件創(chuàng)建解決方案。

Sinha 說：“如果我們能夠制定有助于緩解這些問題的恢復(fù)策略，我們會將這些反饋提供給上游和下游合作伙伴。

德國研究機構(gòu) Fraunhofer ISE 2024 年的一項研究報告稱，在濕度凍結(jié)測試后，UVID 有所恢復(fù)。

Kiwa PVEL目前也在研究UVID衰減后的恢復(fù)機制，并且已獲得美國能源部 DuraMAT 聯(lián)盟的資助，用于對 UVID 進(jìn)行為期兩年的研究。

“我認(rèn)為我們將看到一些可以在現(xiàn)場使用的恢復(fù)機制，但毫無疑問的是，電池已經(jīng)受損退化的部分無法改變?！盓rion-Lorico 說。