當(dāng)前光伏產(chǎn)業(yè)正快速轉(zhuǎn)向n型硅電池技術(shù)（如n-PERT、TOPCon、SHJ等結(jié)構(gòu)），實驗室研究表明該類電池可能對紫外誘導(dǎo)衰減（UVID）更為敏感，而現(xiàn)行IEC標(biāo)準(zhǔn)中紫外測試劑量（15 kWh/m2，約戶外2-3個月暴露量）嚴(yán)重不足，導(dǎo)致長期紫外衰減風(fēng)險無法在認(rèn)證階段被有效評估，美能溫濕度綜合環(huán)境試驗箱專為驗證評估組件或材料的可靠性，能達(dá)到快速升溫降溫，提升測試效率，滿足IEC61215、ISOS等標(biāo)準(zhǔn)。

本研究通過對一處出現(xiàn)異常功率衰減（~2%/年）的戶外n-PERT電站進(jìn)行系統(tǒng)分析，結(jié)合電學(xué)表征（EL、PL、IV 等）與材料檢測（SEM、EDS 等），不僅確認(rèn)了UVID導(dǎo)致的表面復(fù)合損失，還揭示了金屬化漿料成分差異引發(fā)的串聯(lián)電阻升高問題。通過設(shè)計超越現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)的加速測試（紫外劑量提升至67.5 kWh/m2，并結(jié)合濕熱應(yīng)力），成功復(fù)現(xiàn)了戶外衰減現(xiàn)象，明確了紫外與濕熱的協(xié)同放大效應(yīng)，為修訂更嚴(yán)格、更貼近實際環(huán)境的組件測試標(biāo)準(zhǔn)提供了關(guān)鍵科學(xué)依據(jù)。

實驗方法

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實驗室測試選取兩類組件：選取2個未戶外備用組件、2個功率接近戶外IV曲線中位數(shù)的組件、2個功率接近下 10 百分位的組件（單晶組件戶外實測功率四分位距為中位數(shù)的 1.1%），采用多尺度表征方法：

電性能分析：IV測試、Suns-Voc（在 22.9℃±0.8℃、200-1000 W/m2 輻照度下測試，分析 Isc、Voc、FF、Pmp 等參數(shù)）、EL/PL成像（EL 成像在 8.9A（額定 Isc）與 10% Isc 下進(jìn)行，PL 成像采用 808nm 激光（1 個太陽等效），均通過高分辨率 CCD 相機(jī)采集并拼接）、EQE測量（通過 “遮擋測試電池 + 照射其他電池” 實現(xiàn)無損測量（310-1195nm 波段））和DLIT熱成像（施加 8.9A 方波脈沖（0.1Hz，50% 占空比），用相機(jī)捕捉熱分布，定位高 Rs 區(qū)域）

材料表征：SEM-EDS觀察柵線形貌和分析元素組成（如 Zn、Pb 含量），XPS分析鈍化層化學(xué)狀態(tài)，F(xiàn)TIR和HPLC檢測封裝材料老化產(chǎn)物

加速測試：對備用組件進(jìn)行分區(qū)紫外輻照（15-405 kWh/m2），隨后進(jìn)行1000小時、85°C/85%RH濕熱測試

界面分析：使用SSRM和AFM對Ag/Si界面進(jìn)行納米級電接觸表征

戶外組件雙重衰減機(jī)制

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戶外組件 IV、EQE、EL 及 DLIT

電性能測試顯示所有戶外組件均出現(xiàn)Isc和Voc下降，同時伴隨藍(lán)光EQE損失，表明存在表面復(fù)合。部分組件還出現(xiàn)FF顯著降低，DLIT顯示這些組件特定區(qū)域發(fā)熱異常，指向局部串聯(lián)電阻升高。通過單二極管模型解耦分析，表面復(fù)合貢獻(xiàn)約1.32-1.50%/年功率損失，串聯(lián)電阻升高貢獻(xiàn)0.03-1.54%/年。

金屬化漿料成分的關(guān)鍵影響

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不同 Rs 電池性能對比

單柵線PL、EL圖像、柵線與Rs關(guān)聯(lián)及Zn檢測

SEM-EDS分析揭示，高串聯(lián)電阻電池的柵線材料中缺乏鋅元素，而正常電池則含有鋅和鉛。SSRM進(jìn)一步證實高阻電池的Ag/Si界面存在廣泛接觸不良。光學(xué)顯微鏡還發(fā)現(xiàn)，高阻電池的柵線寬度比正常電池寬約20%，表明漿料成分差異影響了印刷形態(tài)和接觸特性。

紫外加速測試復(fù)現(xiàn)表面衰減

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UV應(yīng)力下電池Pmp跟蹤

備用組件UV前后性能

當(dāng)紫外劑量達(dá)到67.5 kWh/m2時開始出現(xiàn)可測量功率損失，遠(yuǎn)高于現(xiàn)行IEC標(biāo)準(zhǔn)要求的15 kWh/m2。在累計405 kWh/m2劑量下，功率損失穩(wěn)定在6.1%左右，與戶外組件的表面復(fù)合損失程度相當(dāng)。EQE顯示明確的藍(lán)光損失特征，成功復(fù)現(xiàn)了戶外衰減模式。

紫外與濕熱的協(xié)同放大效應(yīng)

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不同應(yīng)力對電池的影響

單獨濕熱測試對未紫外暴露電池影響甚微，但對先前紫外暴露的電池卻引發(fā)災(zāi)難性串聯(lián)電阻升高，導(dǎo)致額外29%的功率損失。FTIR和HPLC分析表明，紫外暴露區(qū)域的乙酸濃度是非暴露區(qū)域的6倍，證實紫外輻射通過Norrish II型反應(yīng)促進(jìn)了EVA的脫乙?；?，產(chǎn)生的乙酸腐蝕柵線界面，顯著提升了接觸電阻。

本研究明確了戶外n-PERT組件的兩種核心降解路徑：UVID 導(dǎo)致的表面復(fù)合損耗（EQE 藍(lán)光下降），及柵線無 Zn 引發(fā)的 Rs 升高。加速試驗證實：需 67.5 kWh/m2 的 UV 劑量（IEC 標(biāo)準(zhǔn)的 4.5 倍）才能復(fù)現(xiàn)表面復(fù)合損耗；UV 與濕熱存在協(xié)同作用，乙酸是加劇 Rs 升高的關(guān)鍵介質(zhì)；n-PERT 電池的 UVID 敏感性并非源于電池類型，而是鈍化層、銀漿料等設(shè)計因素。研究結(jié)果為制定“更長 UV 暴露 + 復(fù)合應(yīng)力”的新認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)提供了數(shù)據(jù)支撐，同時強(qiáng)調(diào)需深入理解 UVID 與協(xié)同應(yīng)力的作用機(jī)制，以提升 N 型組件的長期可靠性。

美能溫濕度綜合環(huán)境試驗箱

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美能溫濕度綜合環(huán)境試驗箱采用進(jìn)口溫度控制器，能夠?qū)崿F(xiàn)多段溫度編程，具有高精確度和良好的可靠性，滿足不同氣候條件下的測試需求。

溫度范圍：20℃~+130℃

溫濕度范圍：10%RH~98%RH(at+20℃-+85℃）

滿足試驗標(biāo)準(zhǔn)：IEC61215、IEC61730、UL1703等檢測標(biāo)準(zhǔn)

美能溫濕度綜合環(huán)境試驗箱通過精確控制紫外輻照劑量與85°C/85%RH的濕熱環(huán)境，成功復(fù)現(xiàn)了戶外光伏組件的嚴(yán)重功率衰減，揭示了紫外與濕熱應(yīng)力的協(xié)同放大效應(yīng)，證實紫外預(yù)處理會急劇加劇后續(xù)濕熱對柵線接口的腐蝕，為制定更精準(zhǔn)預(yù)測組件長期可靠性的測試標(biāo)準(zhǔn)提供了關(guān)鍵依據(jù)。

原文參考：UV+Damp Heat Induced Power Losses in Fielded Utility N-Type Si PV Modules