光伏组件电性能测试亚稳态产生的原因

作者：admin2025-07-25 09:19 热度：150

光伏组件电性能测试中亚稳态的产生，主要源于材料或器件在特定外界条件下的非热力学平衡状态，其核心原因可归纳为以下几点：

光伏组件中的材料（如晶体硅、非晶硅、TOPCon、HJT等）在微观结构上存在晶体缺陷、掺杂分布不均或界面态等问题，导致电荷分布偏离热力学平衡状态。例如：

HJT电池：i-a-Si（本征非晶硅）层钝化的退化与氢原子在暗态下的移动有关。氢原子从本体和界面向表面移动，导致缺陷态增加，这些缺陷态成为电子-空穴复合的位点，进而影响电池性能。
TOPCon电池：背面钝化接触结构中的超薄氧化硅（SiO2）和掺杂多晶硅（poly-Si）双层结构，在暗态下可能因氢相关缺陷的动态行为（如氢的迁移或解离）导致钝化界面局部退化。

亚稳态的形成依赖于持续的外部激励，如光照、温度、电场等。外界条件的改变可能导致状态跃迁，从而引发亚稳态现象。例如：

光照条件变化：光伏组件在暗态下或未经稳定处理时，其功率可能受到氢原子移动、掺杂效率变化等因素的影响而处于不稳定状态。当组件接受光照后，光诱导可能使弱结合氢原子的扩散和跳跃，激活硼掺杂，促进Si3–B-H向B-Si4的转变，从而提高电导率和场钝化效应，使组件功率达到相对稳定的状态。
温度变化：温度波动可能影响材料中的缺陷态和载流子复合速率，导致性能波动。例如，在高温环境下，TOPCon电池的隧穿层状态可能改变，界面复合速率变化，短期内出现性能波动。

不同材料和工艺的光伏组件可能因特定的物理或化学过程而产生亚稳态。例如：

氢钝化技术：氢钝化是通过注入电子或空穴来调控氢的电荷状态，然后利用这些电荷态氢去钝化电池内部的缺陷和杂质的技术。然而，在暗态下，氢的电荷状态可能发生变化，导致钝化效果减弱，进而引发亚稳态现象。
金属杂质再激活：在TOPCon电池中，原材料制程中存在的铁等金属杂质在暗态或光和热协同影响下可能发生再分布，带来亚稳态效果。

亚稳态具有非平衡性、动态持久性和外界条件依赖性等特征。其影响主要体现在：

功率波动：亚稳态可能导致光伏组件在初期暴露于日照时输出功率较低，随后经过持续的日照照射，输出功率逐步上升，并在一定时间后趋于稳定。这一过程可能持续数小时至数天。
可逆性：亚稳态效应通常是可逆的。例如，通过光处理可以有效地提高硼掺杂的a-Si:H薄膜的暗电导率，使组件功率恢复稳定。
对测试结果的影响：亚稳态可能导致光伏组件在测试过程中出现功率“假衰减”现象。例如，当组件从户外被拆下并运送到实验室进行测试时，由于钝化层暂时性的减弱，测试结果可能显示出较大的功率衰减。然而，这种衰减是可恢复的，只要组件重新在户外接受阳光照射并正常工作，衰减会迅速恢复。