基於IEC 61215 標準中濕熱(DH)、濕（shī）凍(HF) 試驗的環境條件參數，對組件連續施加超量的環境條件壓力，分析其性能變化；並將其靜（jìng）置1 年（nián）後複測其（qí）功率，發現長時間靜（jìng）置對其功率有很大影響；然後繼續對組件進行環境試驗，並置於（yú）戶外曝曬，其間測量其功率變化；後拆解組件，研究濕熱及濕凍試驗（yàn）分別對組件造（zào）成的影響。研究發現：濕熱試驗DH3000 是功率衰減的一個臨（lín）界點，且對組件焊帶腐蝕深度較深，匯流條腐（fǔ）蝕程度也（yě）較大；而長時間的濕凍試驗靜置功率會（huì）大（dà）幅（fú）恢複，且濕凍試驗使背板脆化相當嚴重，焊（hàn）帶整體腐蝕麵積（jī）也較大。通過整個實驗發現，組件（jiàn）在（zài）經過環境試驗後，靜置多久去測量其功率是一個需要（yào）重新考究的方麵。

    隨著生產工藝的逐（zhú）步提高（gāo），IEC 61215 所測試的量已不（bú）足以考驗組件的（de）耐候性，也無法模擬或（huò）探索出組件在戶外實際所經受的失效形式。根據TÜV 的分析，熱斑測試、濕（shī）凍測試、濕熱測（cè）試（shì）這3 種測試的失效（xiào）率，如圖1 所示。組（zǔ）件熱斑現象機理較（jiào）明晰，在戶外（wài）出現熱斑的情況較少，即使有也多出現在早晚輻照不強時，易（yì）避免。所以，組件的濕凍及濕（shī）熱試驗是對組件考（kǎo）驗的兩個（gè）因素，本文針對這兩個因素，在IEC61215 標準的基礎上（shàng）展開深入的測（cè）試研（yán）究。

    1、試驗設計

    收集同一個廠家同一批次生產的4 塊組件( 該類型組件由60 片多晶矽太陽電池片組成)，並將其編號。1# 和2# 組件用於DH2500 試驗，每（měi）500 h 取出測一次（cì）功（gōng）率及EL；3# 和4# 用於（yú）HF100 測試，每10 個循環測一次功率及EL。首先將組件同時（shí）接受光輻照5 kWh/m2 的預處理，預處理之後測得的功率如表1 所示。

    得到預處理後（hòu）的功率數據後，試驗設計（jì）過程（chéng）如圖2 所示。將1# 和2# 組件置於高低溫交變濕熱試驗箱（xiāng）中，設置濕度85% 和（hé）溫度85 ℃的試驗條（tiáo）件，每500h 取出組件進行功率和EL 檢測；將3# 和4# 組件置於濕凍環境箱中，設置RH 85% 和-40～85℃的溫度循環，單個循環（huán）周期為24 h，每（měi）10 個循環取出組件進行功率（lǜ）和EL 檢測。

    連續環境試驗結束後，將組件靜置於常（cháng）溫暗室（shì）內1 年；之後將1# 和3# 組件分別加（jiā）量做DH500 和HF10 環境試驗後，測試功率及EL；2# 和4# 組件（jiàn）測試紅外圖像；之後將4 塊（kuài）組件同時置於戶外曝曬25 kWh/m2 後測試功率曲線；後將1# 和3# 組件拆解分析。 

    2、試驗過程與結果 

    2.1濕熱濕（shī）凍連續老化試驗組（zǔ）件功率（lǜ）衰減
    圖（tú）4 分別為1# 和2# 組件( 均為（wéi）DH2500) 功率衰減（jiǎn）、串聯（lián）電阻及填充因子FF 的變化情況。

    濕熱試驗後，組件功率衰減較（jiào）少，兩塊組件終衰（shuāi）減都（dōu）在2.5% 左右。功率衰減與串聯電阻的增大正相（xiàng）關，FF 變（biàn）化不明顯。

    圖5 為3# 和4# 組件（jiàn）( 均為HF100) 功率衰減、串聯電阻（zǔ）及填充因（yīn）子FF 的變化情況。濕凍試（shì）驗的組件功率前期衰減較少、後期較（jiào）多，整體（tǐ）呈冪函數趨（qū）勢。隨著組件功率的衰減，串聯電阻呈現出明顯的正（zhèng）相關趨勢，而FF則呈現出負相關的趨勢（shì）。

    表2 為4 塊組件在連續試驗並靜置1 年後的功率和（hé）串聯電阻的變化情況。靜置後串聯電阻繼續增大，說明串聯電阻的增大原因是一個不可逆的過程，即為腐蝕[6]。同時，濕熱試驗（yàn）後組件（jiàn）功率未變，而濕凍（dòng）試驗後組件功率大（dà）幅回（huí）升，原因分析如下：

    1) 對於濕（shī）熱試驗（yàn）：如表3 所示，兩塊組件濕熱試驗恢複1 年後，FF 都下降了，這與串聯電（diàn）阻增大導（dǎo）致FF 下降相一致。由於串聯（lián）電阻的增大（dà），功率點電壓Vmp 降低。但是短（duǎn）路電流Isc的變化是（shì）不隨組件焊帶的腐（fǔ）蝕等因素變化的，正如開（kāi）路電（diàn）壓Voc 無變化（huà）一樣，Isc 的變化與輻照強度及（jí）禁帶寬度有關，但是Voc 幾乎未變（biàn），電池外觀也無較大改變，所以禁帶寬度未發（fā）生變化。Isc的變化在於輻照強度，但測試儀器是同一台且都經過標定（dìng），那麽原因很有可能（néng）來自於組件正麵的水汽導（dǎo）致（zhì）玻璃和EVA 透光率的變化，當靜置後水汽蒸發，透光率增大，輻照量增強，所以Isc 增大。同樣，功率點電流Imp 增大，但Vmp 減小，所（suǒ）以組（zǔ）件的功率P=VmpImp 未改變。

    2) 對於濕凍試（shì）驗：表4 為濕凍試驗及恢（huī）複後組件各電學參數，由表4 可知，功率點電壓Vmp降低，功率點電壓Imp增大，短路電流Isc增（zēng）大，開（kāi）路電（diàn）壓Voc 變化輻度很小，可認為（wéi）不變。但功率P 卻有大量（liàng）的恢複（fù），原因就在於並聯電阻Rsh 明顯增大(表明（míng）漏電流減少了)，Isc 和Imp 的增量（liàng）也（yě）較大，推測這是濕氣的蒸發所致。但是同（tóng）樣的蒸發，濕熱試驗卻未出現功率恢複和（hé）並聯電阻增大，說明除了濕氣蒸發、組件正麵透光率上升（shēng）之（zhī）外，還有其他原因。濕（shī）熱和濕凍試驗後兩種組件外觀並（bìng）未發生改變，但（dàn）是試驗過（guò）程中濕凍試驗是通40 μA電流的，電流在大量濕氣進入組件的情況下，很有可能使焊帶出現漏電通道，導致組件並聯電阻減小，功（gōng）率快速下降，表（biǎo）5 中濕凍試（shì）驗HF90和HF100 過程中對應（yīng）組件功率大幅的衰減就很可是這個原因造成的。綜上所述，濕氣（qì）、電流、溫度及溫度循環4 個（gè）條件共同造成濕凍組件焊帶出現漏電通道，導致組（zǔ）件並聯電阻增大，功率減小。

    通過以上分析可知：濕熱（rè）試驗靜置1 年後的（de）功率與DH2500 的功（gōng）率相同，這是（shì）由於組（zǔ）件靜置的（de）這1 年，焊帶腐蝕繼續增（zēng）大，組件正麵濕氣部（bù）分蒸發；而濕凍試驗靜置1 年後的功率小於HF100 的功率，這是因為除了上述兩個（gè）因素外，還有一（yī）個原因是組（zǔ）件內部漏電通道（dào）減（jiǎn）弱或（huò）消失（shī），並聯電阻（zǔ）明顯回升，功率大幅恢複。

    從圖6 的（de）EL 圖像可看出，紅色（sè）圈出部分出現了明顯（xiǎn）的明暗片、連接處腐蝕或串聯電阻增大的現象。這（zhè）表明（míng）從HF90 到HF100 功率大幅衰減的原（yuán）因除了漏電通道（dào）外，就是（shì）串聯電阻的增大和電池間的失配。

    2.21#、3# 組件加量環境試驗

    對1#、3# 組件加量環境試驗，得到結果見表6。由表6 可知，1)兩塊組（zǔ）件短路電流Isc 在（zài）試驗後都下降了，開路電壓Voc 變化很小，可（kě）認（rèn）為不變，驗證了之前所說（shuō）濕氣進入組件正麵的這個理論（lùn）。2)1# 組件的功率（lǜ）出現了較大的衰減，與NERL 提出的DH2500後衰減加快的理論一致；3# 組件HF110 相比於HF100 功（gōng）率更高，說明濕（shī）凍環境的（de）持續疊加比靜置（zhì）很（hěn）久之後再放入該環（huán）境下試驗對組件造成（chéng）的傷害更大。3) 串聯（lián）電阻（zǔ）的大（dà）量增加（jiā）也表明濕（shī）凍試驗對組件的腐蝕更嚴。

    將4 塊組（zǔ）件置於戶外曝曬（shài）(測得實（shí）際曝曬量為（wéi）25 kWh/m2) 後測試其功率，其中2#、4# 組件靜置1 周後複測功率，結果見圖7。由（yóu）圖7 可知：1)1# 組（zǔ）件加做DH500 和2# 組（zǔ）件（jiàn）曝曬25 kWh/m2 後，以及3# 組件加做（zuò）HF10 和4# 組件（jiàn）曝曬25 kWh/m2 後，組件功率相差不大，說明組件在（zài）老化嚴（yán）重時，戶外曝（pù）曬對其損傷很大；2) 2#、4# 組件經受室外曝曬後靜置（zhì）的時間不同，所測的功率相差較大，結合前（qián）文提及的靜（jìng）置1 年功率大量恢複可（kě）知，組件在經受環（huán）境試驗後，測其功率的時間點也是需要考究的（de）。

    2.3拆解（jiě）分析匯流條、焊帶及背板

    圖8a 中，隨著試驗環境應力的加強，濕熱試驗對組件匯流條的腐蝕（shí）程度更深，對比右邊HF110 後的匯流（liú）條，左邊（biān）DH3000 後的匯流條表麵塗（tú）層有明顯（xiǎn）的（de）腐蝕現象。將（jiāng）HF110 及DH3000後的組件焊帶剝離出來，如圖8b 所示，濕熱試驗對（duì）組件匯流條腐蝕程度更深，而且濕凍試（shì）驗匯流條整體光澤度很差，很像是（shì）水汽長期凝附於表麵的結果。

    圖9a 中，濕凍試驗焊帶並未腐蝕，組件正麵卻出現輕微的黃變現象；濕熱試驗組件的焊帶（dài）出現了局部腐蝕，但（dàn）整體光澤度較好。圖9b和圖9c 也存在（zài）同樣的現象：濕凍試驗組件的焊帶整體（tǐ）腐蝕（shí）麵積較大，光澤度（dù）較差；濕熱試驗（yàn）組件的焊（hàn）帶腐蝕程度更深，尤其是圖9c 中紅色圈出部分明顯出現了銅基（jī）的露出，表明銀電極與焊帶間Sn-Pb 腐蝕嚴重。

    為了解焊帶的成分以便對其老化有深入的認識，對（duì）拆解出的匯流條（tiáo）和焊帶進行SEM 電（diàn）鏡掃描。該設備原理是（shì）通過聚焦的電子束轟擊樣品表麵，通過電子與樣品（pǐn）表麵的作用來分析該樣品（pǐn）。一般與能（néng）譜(EDS) 分析結合，能夠測出樣品表麵各種元素的含量。

    在匯流條的正麵( 見圖（tú）10) 發現微量的（de）Al 元素( 約占0.36%) 和Na 元素( 約占（zhàn）0.52%)，應該是分別來自於鋁邊框及玻璃中，表明存在元（yuán）素擴散現象；正麵未發現Cu 元素，但背麵卻發現較大含量的Cu 元素，表明背麵濕氣的（de）含量遠大於正麵含量，導致匯流條背麵表麵塗層被（bèi）腐蝕。濕熱試驗的匯流條測試結果與濕凍試驗大體一致。

    在焊帶中，正常塗層材料為Sn-Pb 合金，Sn-Pb 比例為63%∶37%，塗層材料不含O 元素和（hé）Ag 元素，其未被腐蝕前也不會測出銅基底中的Cu 元素。在拆解出來的焊帶中，選取濕凍（dòng）腐蝕、濕熱（rè）腐（fǔ）蝕、濕凍完好、濕熱完好的（de）焊帶表（biǎo）麵各（gè）2個點進行電鏡掃描（miáo），每（měi）種類型點所含的元素重量百分（fèn）比取兩個點的均值（zhí），比較O、Cu、Ag、Sn、Pb 5 種元素，結果如表7 所示（shì）。

    電鏡掃描結果發現，4 種狀態的焊（hàn）帶都含有（yǒu）較多O元（yuán）素，除了（le）取出後與空氣中O2直接接觸氧（yǎng）化外，焊帶在組（zǔ）件內部時已被氧（yǎng）化，且無論表麵Sn-Pb 是否腐蝕，焊帶表麵均存在較多氧化物。Cu元素在濕凍試驗的焊帶中發（fā）現較多，同時此焊帶處Pb含量較（jiào）少（shǎo），表明焊（hàn）帶表麵塗層（céng）大部分已被腐（fǔ）蝕。而濕熱試驗後的焊帶雖從表麵外觀看腐蝕較嚴重，但其測試結果中Cu元素含量較少，且其他成分含量較多（duō），推測氧化（huà）物較多且遷移進較多其他（tā）元素。值得一提的（de）是，無論是濕凍還是濕熱試驗，腐蝕的焊帶中都（dōu）含有Ag 元素，而（ér）焊帶完好部分未發現，表（biǎo）明焊帶金屬的腐蝕與（yǔ）電極上的銀有關。

    對結（jié）構為KPK 3 層結構的背板( 雙麵為（wéi）含氟材料，中間為PET層) 進行（háng）老（lǎo）化分析，如圖11 所示。圖中，濕熱試驗組件背板內層氟膜與EVA 緊連在一起，與背板其他兩層完全脫離，這可能與EVA和背板中水汽含量有關；濕凍試驗組件（jiàn）則是3 層均分離，且中間PET 層脆化相當嚴重(圖12)，表明濕凍試（shì）驗對背板材料（liào）的考驗非常大。

    3、總結

    通過以上研究可得出以下結論：
    1)“雙85”環境條件下的DH2500 是很多組件的一個衰（shuāi）減臨（lín）界點，過（guò）了這個量，組件功率將（jiāng）大幅衰減，這個結果與NREL 的觀點相似（sì）；濕凍試驗在持續疊加試驗時功率衰減迅速，很（hěn）大原因（yīn）在於其試驗時通過的電流，但這是可以恢複的，宏觀現象類似於PID 效應。
    2) 無論是濕（shī）熱還是濕凍試驗，濕氣對組件背（bèi）麵的影響都（dōu）非常大，焊帶和匯流條背麵的腐（fǔ）蝕程度大於正麵；但短（duǎn）路電流變化這（zhè）一現象表明濕氣還會從背麵穿過電池片進入（rù）組件正麵（miàn）的EVA和玻璃，對（duì）它們的透光率造成影響。
    3) 從電鏡掃描結果看，長期的濕熱或濕凍環境條件容易引起（qǐ）組件內部各種離子的遷移。組件背麵濕氣更易進入並快（kuài）速達到飽和（hé），產生冷凝，導致焊帶加速老（lǎo）化，發生氧化（huà）腐蝕，且發生腐蝕區域均檢測（cè）到電極中的銀（yín）。
    4) 相比於濕熱試驗對組件材（cái）料的腐蝕（shí），濕凍試驗的突出特點在（zài）於對背板和焊帶的脆化及大（dà）麵積腐蝕，所以（yǐ）除了增強背板的抗水性及焊帶（dài）金屬材料的耐腐蝕性外（wài），材料的韌性也需要加強。
    5) 經曆環境試驗後的組件，IEC 61215 標準規定是等溫4 h 之後測試（shì）其（qí）功率，但本次研究發（fā）現組件等溫靜置（zhì）的時間不同對其功率測定值（zhí）影響結果較大，所以這個測試時間（jiān）需要商榷。

    6) 2#、4# 組件（jiàn）經曆連續的濕凍濕熱試驗（yàn）靜置一年後，通以9 A 電流3 min 後，發（fā）現兩塊組件均為接線盒（hé）下方區域損（sǔn）傷尤為嚴重，原因仍需後（hòu）期探究。

文章來源：太陽能雜誌