太阳能光伏组件

LeTID衰减机理、控制及测试

蒋方丹

阿特斯，电池研发高级总监

2019年高效多晶及光伏先进技术和产品研讨会苏州，2019年3月8日

CSIQ NASDAQ Listed

目录

LeTID衰减行为及可能机理

LeTID控制方法及表现

LeTID相关测试标准

2

什么是LID/LeTID？

LID

Light-Induced Degradation

LeTID

Light and elevated Temperature Induced Degradation

高温LID（LID at elevated temperature）

PID、LID问题已解决

对于部分技术手段较少的公司，LeTID仍然是一个问题！

• 快速衰减 + 恢复，1个月内
• 机制清晰，由硼氧缺陷对导致。
• PERC少子扩散距离更长，LID更显著。
• 由于体材料问题，单晶LID显著高于多晶，可通过掺杂、低氧等技术手段来解决。
• 缓慢衰减 + 恢复，长达几年时间
• 机制尚未完全清晰，最近氢导致、钝化衰减等模型逐渐被接受。
• 高温加速LeTID衰减
• 单晶、多晶乃至N型都受到LeTID影响。需要创新技术解决。

PL count

PL count

LeTID敏感组件EL图 3

Time (Hour)

1000

1000

Time (Hour)

LID in Cz-Si

• LID被认为与硼氧缺陷对相关

Schmidt J. et al., IEEE Photovoltaic Specialists Conference, 13-18, (1997)

Schmidt J. et al., Physical Review B 69, (2004)

Bothe K. et al., Journal of Applied Physics 99, 013701 (2006)

B_sO₂ & B_iO₂模型

• 硼氧缺陷对导致的LID，可以通过低氧、掺镓、氢钝化等技术或组合技术来有效控制。

LID稳定

0.01sun, 25℃

LID稳定

0.01sun, 25℃

Forster M. et al., Appl. Phys. Lett. 100, 042110 (2012) [APOLLON SOLAR] Herguth, A. et al., Proc. 4th WCPEC, 940-943 (2006) [Konstanz]

• • LeTID衰减现象首先由SCHOTT Solar在多晶电池上发现。
  • 温度越高，衰减幅度越大，需要长时间才能达到稳定。
  • 掺镓片也存在衰减。
  • PERC电池比全铝BSF电池更严重。

B doped mc-Si Ga doped mc-Si

0.4Sun-75oC-334hrs

Ramspeck K. et al., 27th EUPVSEC,861-865 (2012) [SCHOTT Solar]

LeTID衰减行为– 单晶也存在

• • • Hanwha Q-cells报道，在25℃条件下衰减稳定（硼氧缺陷对）的单晶PERC电池，在75℃高温条件下也存在LeTID衰减。

Fertig F. et al., Energy Procedia 124, 338–345 (2017).[Hanwha]

• • 更多的研究结果表明，大多数硅材料都存在LeTID衰减。

Chen D. et al., Sol. Energ. Mat. Sol. C. 185, 174–182 (2018). [UNSW]

Doping Material	P-type		N-type
	B	Ga	P
FZ	√
Cz	√		√
Cast-mono	√
mc	√	√

Ramspeck K. et al., 27th EUPVSEC,861-865 (2012) [SCHOTT Solar] Niewelt, T. et al., J. Appl. Phys.121, 185702 (2017). [Fraunhofer]

R. Gottschalg et al., Fraunhofer CSP, 35th EUPVSEC, 2018

1A, 75oC

• 在2018年9月份的EU PVSEC会议上，Fraunhofer CSP报道了对市场上商业获取的6组单晶PERC和3组多晶PERC组件

的LeTID测试结果。

• 所有多晶PERC组件的LeTID衰减小于2%；单晶PERC组6组中有5组衰减大于2%。

多晶PERC组件LeTID衰减较单晶PERC低1.7%。

Kersten F. et al., Solar Energy Materials and Solar Cells 142, 83–86 (2015).

0.3Sun-75oC

Hanwha的研究发现：

• • LeTID对O_i含量并不敏感，但与硅锭中的高度有关联。
  • 与ARC钝化膜的类型和电荷无关。

LeTID衰减机理可能来源于体材料。

Luka T. et al., Energy Procedia 124,759–766 (2017). [Fraunhofer]

LBIC mappings at a mc-Si PERC solar cell

a) before light soaking; b) after light soaking

Cross-sectional SEM shows Cu particle in the enhanced degradation region

Fraunhofer的研究发现：

• LeTID衰减幅度在电池片面积内比较均匀。
• 晶界位置的衰减反而较低，可能是吸杂导致。
• 高衰减的区域发现有钝化膜损坏和存在含Cu元素的杂质颗粒存在。

LeTID衰减机理可能是杂质和缺陷导致。

Chan C. et al., Solar RRL 1, 1600028 (2017). [UNSW]

Chen D. et al., Solar Energy Materials and Solar Cells 172, 293–300 (2017). [UNSW]

Dark annealing modulates the degradation behavior Firing causes an identical defect in both mc- and Cz-Si

1Sun-75oC

UNSW的研究发现：

• 暗退火导致氢原子扩散，诱发衰减行为变化。推测氢原子不仅起到钝化杂质和缺陷的作用，同时也可以诱发形成部分

的复合敏感中心。

• 单晶和多晶硅片在热过程中形成类似的复合敏感中心。

提出HID（Hydrogen Induced Degradation）衰减机理。

Fung T. et al., Solar Energy Materials and Solar Cells 184, 48–56 (2018). [UNSW] Wenham A. et al., 7th World Conference on Photovoltaic Energy Conversion, 2018

4-state model

4态模型

• UNSW提出新的四态模型，引入氢原子RESERVOIR状态，较好解释了多次“暗退火-光照”循环过程的少子寿命变化。
• 氢原子与其它杂质形成的缺陷对的价态变化被认为是衰减根源。

体材料衰减 及 再生 钝化膜衰减 Sperber D. et al., IEEE Journal of Photovoltaics 7, 1627–1634 (2017). [Konstanz]

ISC Konstanz的研究发现：

• • 高温长时间衰减后（1Sun、80oC、~100h），发现AlOx/SiNx钝化膜的衰减，表现在J0复合电流的上升。
  • 在Fz、Cz和多晶中都发现类似的行为。

LeTID衰减机理：不仅是体材料衰减，也包括钝化衰减（passivation degradation）。

R. Kopecek: https://www.pv-tech.org/guest-blog/is-letid-degradation-in-perc-cells-another-degradation-crisis-even-worse-th

• 硼氧缺陷对导致的LID衰减是LeTID衰减的一部分。
• LeTID衰减机理更多更复杂，衰减程度也更严重，控制不好会导致更大的性能损失。

LeTID衰减行为及可能机理

LeTID控制方法及表现

LeTID相关测试标准

Methods proposed by UNSW

Methods summarized by ISC Konstanz

R. Kopecek: https://www.pv-tech.org/guest-blog/is-letid-degradation-in-perc-cells-another-degradation-crisis-even-worse-th

关键技术创新和解决方案：

• • 铸锭/硅片：杂质控制、掺杂优化
  • 电池工艺：电池工艺优化，抑制杂质形成，加强氢钝化效果。
  • CSAR：先进的氢钝化技术
  • 在线控制：加严的衰减监控措施
• 电注入衰减技术CID（Current Injection Degradation）
• 新材料/新工艺/新产品导入，采用长时间CID以评估最大的衰减风险。
• 在线工艺监控，采用标准CID，确保产品质量。

Regular OPCT LID monitoring data: P4 vs. P3

P3 & P4 LID well

under control

• • P4组件LID表现良好，甚至优于常规P3多晶组件。

CSI P4 is the best by a mile

• • UNSW测试结果表明，CSI P4组件的LeTID衰减程度最低，性能最优。

LeTID衰减行为及可能机理

LeTID控制方法及表现

LeTID相关测试标准

	标准提案	Sample	Method	Procedures
	IEC 61215-1 ED2	Module	2步法	第1步：MQT 19.1，初始光衰（1sun，<50℃） 第2步：MQT 23.1，电注入LeTID衰减（Isc-Impp，75℃）
	IEC 63202-1	Cell	1步法	光致衰减 （1 sun，60±5℃， 最大20kWh）
	draft_LID_standard （Europe SEMI group）	Cell	1步法	电流注入LeTID衰减测试 （10A，温度和时间可变量）
	NP_Cell_LeTID （CSI&GCL）	Cell	1步法	高温光照测试 （1sun，75℃或85℃，时间待定）
	Institutes （UNSW, etc）	Cell	1步法	高温光照测试 （1sun，75℃或85℃，时间待定）
			1步法	激光快速测试 （20-40 sun，130℃，30s）

• • • Module LeTID test in IEC 61215-1 ED2
      • 1st step, MQT 19.1, Initial Stabilization by light soaking

• • • • 2nd step, MQT 23.1, LeTID Degradation
      • Labeled as “LeTID sensitive” if LeTID degradation >5%

 

LeTID

Light and elevated Temperature Induced Degradation

LeTID, alias high-temp LID

Light Induced Degradation at elevated Temperature

高温LID

测试标准思路：

• 低温LID测试不能体现高温衰减风险。
• LeTID应该更准确描述为高温LID。
• 制定高温LID测试标准，应选择合理的测试条件，以更有效评估出高温衰减风险，从而帮助行业提升组件产品质量。
• 高温LID测试标准可能有助于解释再生性能，以更好地了解对实际发电性能的影响。

IEC测试标准草案提议（在研）：

For a batch of to-be-test cells

IV measurement

Light exposure (12kWh/m2@1sun, 85±5℃)

IV measurement

Light exposure (12kWh/m2@1sun, 85±5℃)

IV measurement

168kWh/m2 or Termination criteria

Y

End

N

LeTID，更准确为高温LID，与常规低温LID有很大差别。LeTID衰减机理更多更复杂，衰减程度也

更严重，控制不好会导致更大的性能损失。

现行低温光衰测试标准不利于正确认识高温衰减风险，必须制定更严格的行业标准，以提升组件产品质量。

• 阿特斯通过技术研发创新、导入严格的衰减控制技术，有效控制LID/LeTID，第三方测试表明组件

衰减性能最优。

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