光伏组件PID效应分析
1. PID效应机制
电势诱导衰减效应简称PID (Potential Induced Degradation。PID效应是常规带边框晶体硅光伏组件在工作过程中常见的一种衰减。
(1) P型晶硅组件PID效应
在光伏电站运作过程中，光伏组件的封装EVA会随着使用时间发生老化。其中在湿热状态下以氧化和水解为主要老化途径，水解速度与工作环境湿度、天气有关。潮湿、高温的环境容易产生水蒸气，水蒸气通过组件封边硅胶或背板进入组件内部，使EVA老化水解后产生醋酸，醋酸与玻璃（钠钙玻璃）中的NaCO3等反应，析出Na+、 Ca+2离子。应安全要求组件边框均需要接地，光伏电池与组件边框之间则会产生电势差。组件中电池串正极部分对边框(大地)偏压为正，负极部分对边框偏压则为负， 靠近两端的地方，组件电池对边框的偏压较大。偏压大小主要受电池串电压影响，即组件中的电池串联数。于是在组件工作过程中，组件负极端电池片产生一个由边框和玻璃表面指向内部电池片的电场。在该电场作用下，封装材料中析出的Na+、Ca+2离子向着电池片表面漂移，穿过EVA并在电池片表面积累。积累在电池片表面的阳离子，会吸引电子并加速电子空穴的复合，使并联电阻减小，内部漏电流增大，降低组件的开路电压Voc、填充影子FF，从而降低电池的输出功率。由于PID效应中引起阳离子漂移的是边框和电池之间的偏压，因此PID衰减的产生部位大多先从组件内靠近边框的外侧电池片开始。组件中产生PID衰减一般都是整片电池EL发黑，大多都以整个电池片为单位，都具有明显的衰减界限。
采用任何技术的P型晶硅电池片，组件在负偏压下均有发生电势诱导衰减的风险。因为光伏阵列的组件边框通常都接地，造成单个组件和边框之间形成偏压，所以越靠近负极输出端的组件承受负偏压现象越明显。
电站实际运行中，PID衰减在带边框（钠钙玻璃、EVA膜）常规晶体硅组件中普遍存在，直流端系统电压越高、湿度越大、温度越高的环境PID衰减越严重。可以通过以下方法降低P型晶硅组件的PIOD效应：
A. 选用石英玻璃代替钠钙玻璃，去除Na+、Ca+2离子；
B. 使用双玻无边框组件避免边框接地；
C. 使用复合边框（尼龙、聚氨酯材料等）；
D. 对EVA进行改进，或增大电池片表面氮化膜的致密度；
(2) N型晶硅组件PID效应
N型晶硅组件与P型晶硅组件结构不同，主要区别在于，N型晶硅组件正面为p+型硅，P型晶硅组件正面为n型硅。一些研究表明：N型晶硅组件的PID效应主要减少的参数是Isc和Voc，对FF基本没有影响；N型晶硅组件的PID效应不再是迁移的离子（Na+、 Ca+2）引起的，而是由于光伏电池与组件边框之间电势差引起的钝化层的电介质极化导致，因此可以通过引入具有较高电导率和较低介电常数的钝化层可以防止N型晶硅组件的PID效应。
2. PERC光伏电池PID效应分析
PERC组件目前主要采用常规有边框方式（铝边框），属于P型晶硅电池，因此PID效应不可避免；
3. Top-CON光伏电池PID效应分析
TOPCon 技术基于N-PERT 电池结构，属于N型晶硅电池，依然采用了SIN4钝化材料，以某组件厂生产的HD144N-470W的N-TOPCon 组件为例，该组件采用了常规有边框方式，因此PID效应不可避免；
4. HIT光伏电池PID效应分析
HJT（Heterojunction Technology）是一种N型单晶双面电池，HJT电池结构与PERC和TOPCon完全不同，首先在N型单晶硅片（c-Si）的正面沉积很薄的本征非晶硅薄膜（i-a-Si:H）和p型非晶硅薄膜（p-a-Si:H），然后在硅片的背面沉积很薄的本征非晶硅薄膜（i-a-Si:H）和n型非晶硅薄膜（n-a-Si:H）形成背表面场；钝化层采用透明氧化物导电薄膜(TCO)，代替SiN4，在高压偏压条件下，不存在积累电荷的绝缘层，因此不会产生PID现象。因此HJT电池具有抗PID的潜力。
参考文献：
[1] 朱宏静. 单晶硅电池转换效率及光伏组件PID效应的分析[D]. 2017.
[2] 薛鸿斐 .晶体硅光伏组件功率衰减机制研究[D],2018
[3] Soohyun Bae, et al. Potential induced degradation of n-type crystalline silicon solar cells with p+ front junction[J].2016
[4] Luo W , Khoo Y S , Hacke P , et al. Potential-induced Degradation in Photovoltaic Modules: A Critical Review[J]. Energy & Environmental ence, 2016, 10(1).
