解密阿特斯N型TOPCon组件优异的抗PID性能

随着光伏技术的不断进步，从P型硅片电池技术转向N型硅片电池技术已成为行业趋势。然而，新技术的切换是否会对光伏组件的PID效应产生影响？本文将从PID效应的产生机理、N型电池组件受PID影响和对应系统的解决方案的变化三个方面进行探讨。

PID效应的产生机理

PID（Potential Induced Degradation）即电势诱导衰减，是光伏组件中一种常见的失效现象。在实际光伏电站中，光伏组件通过串联提升组串系统电压，以降低电能传输成本和输电损耗。这导致组件内电路与传统金属边框之间存在高电势差，进而引发PID效应。

由于从规范的角度，传统铝合金边框组件需要安全接地，因此组件边框对地电势理想情况下为零电势，而组串负极端则为负偏压，且越靠近负极端，组件内电池对地负偏压绝对值越大，这就造成了组件内部电池与外部边框间存在由外指向内的电场。

NT 10128-2019光伏发电工程电气设计规范

正是在这种电场力的作用下，正电荷离子从电池/组件表面向电池内部PN结方向移动扩散，并且会在高温、高湿情况下加剧这种传输移动，导致组件功率衰减。目前业界对PID效应的微观解释机理可基本确定为以下三种：

l）PID-Shunt（简称PID-s）：漏电阳离子流入电池片，形成内部导电通道，降低并联电阻；

2）PID-Polarization（简称PID-p）：界面极化效应，导致电池片表面场钝化效果退化；

3）PID-Corrosion（简称PID-c）：电池的膜层界面在外电场下发生腐蚀。

从阿特斯内部研究和参考文献综合来看，目前双面PERC电池组件PID-s/PID-p/PID-c都已有发现，而TOPCon的PID失效影响则主要来源于极化型PID-p，PID-s和PID-c在TOPCon组件上还暂未发现。

 N型电池受PID效应影响的变化 

要回答N型电池PID效应是否存在变化？可以从P型电池和N型电池的结构和实际户外应用结合来分析看一下。

以目前主流的N型TOPCon电池工艺来看，相比PERC电池，主要变化点为：

1) 电池钝化工艺改变，局部背钝化变为超薄SiO2层和n+掺杂多晶硅层带来的界面和场钝化；

2) 电池片发射极区和基区结构正好相反，电池正面电极变为正极（P型发射极）。

参考本文第一部分，目前TOPCon的PID失效机理主要是PID-p，所以结合第一部分PID-p的失效机理来看，主要是由于正电荷离子在由外指向内的电场力作用下，聚集在AlOx钝化层，导致表面钝化效果退化。而在电站实际投运过程中，N型组件和P型组件一样，仍然会在组串负极端承受负偏压，因为组件仍然需要接地。因此，N型组件PID-p型衰减主要影响在于组件的正面。（PERC电池的AlOx层位于电池背面，TOPCon电池AlOx层位于电池正面）。

综上，我们可以得出，相比PERC电池，N型TOPCon电池的PID-p发生机理实际并未发生变化，只是主要影响位置发生了变化。

阿特斯全系列182/182Plus/210 N型TOPCon组件，通过采用优异钝化效果的自产电池和高体积电阻率封装胶膜，使得组件PID测试结果与PERC电池组件保持同一水平：

综上所述：

原本P型组件使用的PID修复、PID防护系统解决方案，仍然适用于最新型的N型TOPCon组件，例如逆变器直流侧负极接地、交流侧虚拟接地；夜间施加反向电压等。

阿特斯依托自身业内首家CNAS企业级光伏实验室，深度参与PID相关标准的制定，以期实现测试与实际户外使用的尽量一致性。例如针对PID-p光照恢复现象，我们发现在实际电站应用中，由于AlOx层由PERC电池的背面变更到TOPCon电池的正面，更容易受到光照的影响，因此N型TOPCon组件的抗PID-p衰减在实际运行中会更优（从实际的测试和IEC 61215-2021标准规范中都发现了该现象，当然厂家电池片质量、封装工艺的水平也起到了重要作用）。

光伏知识小Tips：

为什么TOPCon组件的抗PID-p衰减在实际运行中会更优？

阿特斯技术人员基于实际内部测试，发现了TOPCon组件在受到光照后PID衰减得到了快速恢复，这也验证了相关文献中的报道，从理论上目前研究人员解释如下：当受到光照（特别是紫外光）时，电池减反射SiNx层的电导率增加，导致SiNx & AlOx之间的电压差减小，有利于正电荷Na+离子的耗散；同时高能光子还可以激发产生移动载流子，载流子中和减反射/钝化层中累积的电荷，从而有效降低 PID-p。

因此，TOPCon组件实际户外运行中抗PID-p 会更有优势，另外TOPCon电池正面氧化工艺所形成的氧化硅/氮化硅减反射钝化层，也起到了很好的抵挡电荷积聚的作用。这也为后续组件更加精准的户外PID衰减预测和进一步优化组件封装工艺提供了参考。