基於IEC 61215 標準中（zhōng）濕熱(DH)、濕凍(HF) 試驗的環境條件參數，對組件連續施加超（chāo）量的環境（jìng）條件壓力（lì），分析其（qí）性能變化；並將（jiāng）其（qí）靜置（zhì）1 年後複測其功率，發現長時間靜置對其（qí）功率有很（hěn）大影響；然後繼續對組（zǔ）件進行環境試驗，並（bìng）置於戶外曝曬（shài），其間測量其功率變化；後拆解組件，研究濕熱及濕（shī）凍試驗分別對組件造成的（de）影響。研究（jiū）發現：濕熱試驗DH3000 是功率衰減的一個臨界點，且對組件（jiàn）焊帶腐蝕深度較深，匯流條腐蝕程度也較大；而長時（shí）間的濕凍試驗靜置功率會大幅恢複，且濕凍試驗使背板脆化相當嚴重，焊帶整體腐蝕麵積也較（jiào）大（dà）。通過整個實驗發現，組件在經過環（huán）境試驗後，靜置多久去測量其功率是一個需要重新（xīn）考究的方麵。

    隨著生產工藝的逐步提（tí）高，IEC 61215 所測試的量已不足以考（kǎo）驗（yàn）組件的耐（nài）候性，也無法模擬或探索出組件在戶（hù）外實際所經（jīng）受的失效（xiào）形式。根據TÜV 的分析，熱斑測試、濕凍測試、濕熱測試這3 種測試的失效率，如圖（tú）1 所示。組件熱斑現象機理較明晰，在戶外出（chū）現熱斑的情況較少，即使（shǐ）有也多出現在早（zǎo）晚輻照不強時，易避免。所以，組件的（de）濕凍及濕熱試驗是對組（zǔ）件考驗的兩個（gè）因素，本文針對（duì）這兩個因素，在IEC61215 標準的基礎上展開深入的測試研究。

    1、試驗設計（jì）

    收集同一個廠（chǎng）家（jiā）同一批次（cì）生產的4 塊組件( 該類型組件由60 片（piàn）多晶矽（guī）太（tài）陽電池片組成)，並（bìng）將其（qí）編號。1# 和2# 組件用（yòng）於DH2500 試驗（yàn），每500 h 取出測一次功率及EL；3# 和4# 用於HF100 測試（shì），每10 個循環測（cè）一次功率及EL。首先將組件（jiàn）同時接受光輻照5 kWh/m2 的預處理，預處理之後測（cè）得的功率如表1 所示。

    得到預處理後（hòu）的功率數據後，試驗設計過程如圖2 所示。將1# 和2# 組（zǔ）件置於高低溫交變（biàn）濕熱試驗箱中，設置（zhì）濕度85% 和溫度85 ℃的試驗條件（jiàn），每500h 取出組件進行功率和EL 檢（jiǎn）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，單個循環周期為24 h，每10 個循環取出組件（jiàn）進行功率和EL 檢測。

    連續環（huán）境試驗結束後，將組件靜置於常溫暗室（shì）內1 年；之（zhī）後將1# 和3# 組件（jiàn）分別加（jiā）量做DH500 和HF10 環境試（shì）驗後，測試功率及EL；2# 和4# 組（zǔ）件測試紅外圖（tú）像；之後將4 塊組件同時置於戶外曝（pù）曬25 kWh/m2 後（hòu）測試功率曲線；後將1# 和3# 組件拆解分析。 

    2、試驗過（guò）程與結果 

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

    濕熱試驗後，組件功率衰減較少，兩塊組件終衰減（jiǎn）都在2.5% 左（zuǒ）右。功率（lǜ）衰減與串（chuàn）聯電阻（zǔ）的（de）增大正相關，FF 變化不明顯。

    圖5 為3# 和4# 組件( 均為HF100) 功率衰減、串聯電（diàn）阻及填充因子FF 的變化情況。濕凍試驗的組件功率前期衰減較少、後期較多（duō），整體呈冪函數趨勢。隨著（zhe）組件功（gōng）率的衰減，串聯電阻呈現出明顯的正相關趨勢，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（rè）試驗後組件功率未變，而濕凍（dòng）試驗後組件功率大幅回升，原（yuán）因分析如下：

    1) 對於濕熱試（shì）驗（yàn）：如表3 所（suǒ）示，兩塊組件濕（shī）熱（rè）試驗恢複（fù）1 年後，FF 都下降了（le），這與串聯電阻增大導致FF 下降相一致（zhì）。由於串聯電阻的增大，功率點電壓Vmp 降低。但是短路電流Isc的變化是不隨組件焊帶的腐蝕等因素（sù）變化的，正如開路電壓Voc 無變化一樣，Isc 的變化與輻照強度及禁帶寬度有關，但是Voc 幾乎未變（biàn），電池外觀也無較大改變，所以禁帶寬（kuān）度未發生變化。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，那麽原因很有可能來自於組件正麵的（de）水汽導致玻璃和（hé）EVA 透光（guāng）率的變化（huà），當（dāng）靜置後水（shuǐ）汽蒸發，透光率增大，輻照量增（zēng）強，所以Isc 增大。同樣，功率點電流Imp 增大，但（dàn）Vmp 減小，所以組件的功率P=VmpImp 未改變。

    2) 對（duì）於濕凍試驗：表4 為濕凍試驗及恢複後組件各電學參數，由表（biǎo）4 可知，功率點電壓Vmp降低，功率（lǜ）點電壓Imp增大，短路電（diàn）流Isc增大，開路電壓Voc 變化輻度很（hěn）小（xiǎo），可認為不變。但功率P 卻有大量的恢複，原因就在於並聯電阻Rsh 明顯增大(表明漏（lòu）電流減少了)，Isc 和Imp 的增量也較大，推測這（zhè）是濕氣的蒸發所致。但是同樣的蒸發，濕熱試（shì）驗卻未出現功（gōng）率恢複和並聯電（diàn）阻增大，說明除了濕氣蒸發、組件正麵（miàn）透光率上升之外，還有其（qí）他原因。濕熱和濕凍試驗後兩種組件（jiàn）外觀並未發生改變，但是試驗過程中濕（shī）凍試驗（yàn）是通40 μA電（diàn）流的，電流（liú）在大量（liàng）濕（shī）氣進入組件的情（qíng）況下，很有（yǒu）可能（néng）使（shǐ）焊帶出現漏電通道，導致組件並聯電阻減小，功率快速下降，表5 中濕凍試驗HF90和HF100 過程中對應組件功率大幅的衰減就很可是這個原（yuán）因造成的（de）。綜上所述，濕氣、電流、溫度及溫度循環4 個條件共同造成濕凍組件焊帶出現漏電通道，導致（zhì）組件並聯（lián）電阻增大（dà），功率減小。

    通（tōng）過（guò）以上分析可知：濕熱試（shì）驗靜置1 年後的功率與DH2500 的功率相同，這是由於組件靜置（zhì）的這1 年，焊帶腐蝕繼續增大，組件（jiàn）正麵濕氣部分蒸發；而濕凍試（shì）驗（yàn）靜（jìng）置1 年後的功率小於HF100 的（de）功率，這（zhè）是因為（wéi）除了上述（shù）兩個因素外，還有一個原因（yīn）是組件內部（bù）漏電通道減弱或消失（shī），並聯電阻明顯（xiǎn）回升，功率大幅恢（huī）複。

    從圖6 的EL 圖像可（kě）看出，紅色圈出部分出現了明顯的明（míng）暗片、連接處腐（fǔ）蝕或串聯電阻增大的現象。這表明從HF90 到HF100 功（gōng）率大幅衰減的原（yuán）因除了漏電通道外，就是串聯電阻的增大和電池間的（de）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（jié）果見表6。由表6 可知，1)兩塊組件短路電流Isc 在試驗後都下降了，開路電壓Voc 變化很小，可認為不變，驗證了之前所（suǒ）說濕氣進入組件正麵的這個理論。2)1# 組件的（de）功率出（chū）現了較大的衰減，與NERL 提（tí）出（chū）的DH2500後衰減加快的理論一致；3# 組件（jiàn）HF110 相（xiàng）比於HF100 功率更高，說明濕凍環境的持（chí）續（xù）疊加比靜置（zhì）很（hěn）久之後再放入該環境下試（shì）驗對組件造成的傷害更大。3) 串聯（lián）電阻的大量增加也表明濕凍試驗對組件的（de）腐（fǔ）蝕更嚴。

    將4 塊組件置於戶外曝曬（shài）(測得實（shí）際曝曬量為25 kWh/m2) 後測試（shì）其功率，其中2#、4# 組件靜置1 周後複測（cè）功率，結果見圖7。由圖（tú）7 可知（zhī）：1)1# 組件加做DH500 和2# 組件曝曬25 kWh/m2 後，以及3# 組件加做（zuò）HF10 和（hé）4# 組件曝曬25 kWh/m2 後，組件功率相差不大，說明（míng）組件在老化嚴重時（shí），戶外曝曬對其損傷很大；2) 2#、4# 組件經受室外曝曬後靜置（zhì）的（de）時（shí）間不同，所測的功率相差較大，結合前文提及的靜（jìng）置1 年功率大量恢複可知，組件在經受環境試驗後，測其功率的時間點也（yě）是需要考究的（de）。

    2.3拆解分析匯流條、焊帶及背板

    圖8a 中，隨著試驗環境應力（lì）的加強，濕熱試驗對組件匯流條的腐蝕程度更深，對比右邊HF110 後的匯流條，左邊DH3000 後的匯流條表麵塗層有明顯的腐蝕現象（xiàng）。將HF110 及DH3000後（hòu）的組件焊帶剝（bāo）離出來，如圖8b 所示，濕熱試驗對組件匯流條腐蝕程度更深，而且濕凍試驗匯流條整體光澤度（dù）很差，很像是水汽長期凝附於（yú）表（biǎo）麵的（de）結果。

    圖9a 中，濕凍試（shì）驗焊帶並未腐蝕，組件（jiàn）正（zhèng）麵卻出現輕微的黃變（biàn）現象；濕熱試驗組件的焊帶出現了局部腐蝕，但整體光澤度較好。圖9b和圖9c 也（yě）存（cún）在同樣的現象：濕凍試驗組件的焊帶整體腐蝕麵積較（jiào）大，光澤度較差；濕熱試驗組件的焊帶腐蝕程度更深，尤其是圖9c 中紅色圈出部分明（míng）顯出（chū）現了銅基的露出，表明銀電極與焊帶間Sn-Pb 腐蝕嚴重。

    為了解（jiě）焊帶的成（chéng）分以便對其老化有深入的認識，對拆解出（chū）的匯流條和焊帶進行SEM 電鏡掃描。該設備原理（lǐ）是通過聚焦的電子束轟擊樣品（pǐn）表麵，通過電子與樣品（pǐn）表麵的作用來分析（xī）該（gāi）樣品。一般與能譜(EDS) 分析結（jié）合，能夠測出樣品表麵各種元（yuán）素的含量。

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

    在（zài）焊帶中，正常塗層材料為Sn-Pb 合金，Sn-Pb 比例為63%∶37%，塗層材（cái）料（liào）不含O 元素和Ag 元素，其（qí）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，選取濕凍腐蝕、濕熱（rè）腐（fǔ）蝕、濕（shī）凍完好、濕熱完（wán）好的焊帶（dài）表麵各2個（gè）點（diǎn）進行電鏡掃（sǎo）描，每種類型點所含的元素（sù）重量百分比取兩個點的均值，比較O、Cu、Ag、Sn、Pb 5 種元素，結果如表7 所示。

    電鏡掃描結果發現，4 種狀態的焊帶都含有較多O元素，除了取出後與空氣中O2直接接（jiē）觸氧化外，焊帶在組件內部時已被氧化，且無論表麵Sn-Pb 是否（fǒu）腐（fǔ）蝕，焊帶（dài）表麵均存在較多（duō）氧化（huà）物。Cu元素在濕凍試驗的焊帶中發現較多，同（tóng）時此焊帶處Pb含量較少（shǎo），表明焊帶表麵塗層大部分已被腐蝕。而濕熱（rè）試驗後的焊帶（dài）雖從表（biǎo）麵（miàn）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，推（tuī）測氧化物較多且遷移（yí）進較多其他（tā）元素。值得一提（tí）的是，無論是濕（shī）凍還是濕熱試驗，腐蝕的焊帶中都含有（yǒu）Ag 元素，而焊帶完好（hǎo）部分未發現，表明焊帶金（jīn）屬（shǔ）的腐蝕與電極上的銀有關。

    對結（jié）構為KPK 3 層結構的背板( 雙麵為含氟材料，中間（jiān）為PET層) 進（jìn）行老化（huà）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（zài）一起，與背板其（qí）他兩層完全脫離，這可能與EVA和背板中水汽含量有關（guān）；濕凍試驗組件則是3 層均分離，且中間PET 層脆化相當嚴重(圖（tú）12)，表（biǎo）明濕凍試驗對背板材料的考驗非常大。

    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（zǔ）件（jiàn）的一個衰減臨界點，過了這（zhè）個量，組件功率將大幅衰減，這個結果與NREL 的（de）觀點相似；濕（shī）凍試驗在持續疊加（jiā）試驗時功率衰減迅速，很大（dà）原因在於其試驗時通過的電流，但這（zhè）是可以恢複的，宏觀現象類似（sì）於PID 效（xiào）應。
    2) 無論是濕熱還是濕凍試驗（yàn），濕氣對（duì）組件背麵的影（yǐng）響都（dōu）非常大（dà），焊帶和匯（huì）流條背麵的腐蝕程度大於正麵；但短路電流變化這一現象表明濕（shī）氣還會從背（bèi）麵穿過（guò）電池片進（jìn）入組件正麵的EVA和玻璃，對它們的透光率造成影響。
    3) 從電鏡掃描（miáo）結果看，長期的濕熱或濕凍環境條件容易引（yǐn）起組件內部各種離子的遷移。組件背麵濕（shī）氣更易進入並快速達到（dào）飽（bǎo）和（hé），產生冷凝，導致（zhì）焊帶加速老化，發生氧化腐蝕，且發生（shēng）腐蝕（shí）區域均檢測到電極中的銀。
    4) 相比於濕熱試（shì）驗對組件材料的（de）腐蝕，濕凍試驗的突出特點在於對背板和焊帶的脆化及大麵積腐蝕，所以除了（le）增強背板的抗水性及焊帶金（jīn）屬材料（liào）的耐（nài）腐蝕性外，材料的韌性（xìng）也需（xū）要加強。
    5) 經曆環境（jìng）試驗後的（de）組件（jiàn），IEC 61215 標準規定是等溫4 h 之後（hòu）測試其功率（lǜ），但本次研究發現組件等溫靜置的時間不同對其功（gōng）率測定值影響結果較大，所以這個測試時間需要商榷。

    6) 2#、4# 組件經（jīng）曆連續的濕凍濕熱試驗靜置一年後，通以9 A 電流3 min 後（hòu），發現兩塊組件均為接線（xiàn）盒下方（fāng）區域損傷尤為嚴重，原（yuán）因仍需（xū）後期探究。

文章來源：太陽能雜誌