米乐m6官方网站 [所长：中钵良二]（以下简称“AIST”）光伏发电研究中心 [研究中心主任：松原宏] 客座研究员 城内幸子 先进工艺团队副研究中心主任 增田淳 松井拓哉，化合物薄膜团队研究组组长 小田高 高级首席研究员 柴田肇来访研究人员：太阳能电池性能短时间内大幅下降电压诱导退化 (PID),太阳能电池表面透明导电膜即可充分抑制。
通过施加高电压进行PID太阳能模组的表现的现象。到目前为止，太阳能电池组件封装材料增加太阳能电池的电阻率抗反射涂层的成分等对策已被报道，但虽然它们减缓了 PID 的进展，但不能完全抑制它，导致制造成本增加和初始转换效率还有衰落等问题。新开发的技术是在表面有减反射膜的传统晶体硅太阳能电池上覆盖一层透明导电膜，屏蔽加在减反射膜上的电场，具有充分抑制PID、避免发电量减少风险的优点。该方法的另一个优点是它几乎不会降低初始转换效率，并且是一种廉价且简单的方法。另外，当太阳能电池表面的电极断线时，断线区域的载流子一般无法被收集，但在新开发的电池中，断线区域的载流子也可以通过透明导电膜被收集，具有不降低发电性能的副作用。此外，由于可以原样使用传统使用的廉价太阳能电池组件和电池模块制造工艺，因此预计该技术将很容易转移到工业中，而不会增加制造成本。
该结果将于2019年12月17日至18日在筑波国际会议中心（茨城县筑波市）举行的2019年AIST太阳能研究成果报告会上公布。
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| 太阳能电池模块的截面结构图（左）和涂有透明导电膜以充分抑制PID的晶体硅太阳能电池的放大图（右） |
为了实现可持续发展的社会，可再生能源的使用至关重要，人们对太阳能发电寄予厚望。日本和世界其他国家正在建设许多容量数百兆瓦或以上的太阳能发电厂。为了减少电力传输过程中的功率损耗，这些大型太阳能发电厂往往会使用较高的系统电压，1500伏左右的系统正在变得流行。图 1 显示了典型太阳能电池模块的横截面图。在系统电压较高的太阳能发电厂中，高电位侧太阳能电池与太阳能电池组件铝框之间的电位差约为1000伏，据报道，这种较大的电位差会导致PID。由于PID的发生，太阳能电池组件的性能在短短几个月到几年内显着下降。盖玻片之间施加了大电场。如图1放大图示意性所示，通过封装剂和太阳能电池，玻璃盖片中含有的钠离子向太阳能电池移动，据说会引起PID，但其机制在很多方面尚不清楚。
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图1 典型晶体硅太阳能电池组件的截面结构图（左）和太阳能电池部分的放大图（右）。
由氮化硅制成的减反射膜层叠在太阳能电池的表面上。示意图显示钠从盖玻璃移动到太阳能电池中。 |
AIST光伏发电研究中心从2010年左右开始，在阐明PID机理和开发PID对策技术方面进行了开拓性的努力，在各种学术会议上获得了高度评价，并不断展示其成果(2013 年 5 月 22 日、2014 年 3 月 18 日、2015 年 6 月 22 日AIST 新闻公告等）。此次，基于太阳能电池表面防反射膜所施加的电场对于PID的发生起着重要作用的认识，我们致力于开发能够充分抑制PID的技术。
这项开发得到了国家研究开发机构新能源和产业技术发展组织委托项目“高性能高可靠性太阳能发电的发电成本降低技术开发（2015-2019）”的支持。
根据经验已知，通过使用高电阻率封装剂或高硅成分的氮化硅减反射膜，可以在一定程度上抑制兆瓦级太阳能电站中PID的发生。在前一种情况下，施加到密封材料的电场变大，而施加到防反射膜的电场变得相对较小。在后一种情况下，认为由于氮化硅防反射膜具有更高的导电率，所以施加到防反射膜的电场变得更小。因此，产业技术研究所认为，可以通过进一步降低施加在防反射膜上的电场、或者消除施加在防反射膜上的电场来抑制PID。在普通的晶体硅太阳能电池中，手指电极穿透减反射涂层并进入细胞发射极层已经达到，所以如果减反射膜上涂有透明导电膜，透明导电膜和发射极层将具有相同的电位，并且它们之间的减反射膜将被屏蔽，并且不会施加电场。换句话说，我们认为通过用透明导电膜覆盖太阳能电池的减反射膜可以抑制PID的发生。
为了证明这一点，在通用单晶硅太阳能电池的减反射涂层上溅射法形成厚度为100纳米的透明导电掺锡氧化铟(ITO)膜。制造了使用涂覆有ITO膜的电池的太阳能电池模块和使用未涂覆的电池的太阳能电池模块。图2显示了两个模块的横截面结构图。两个模块都在相对恶劣的条件下进行了加速PID测试，温度为85°C，相对湿度低于2%，电池施加的电压为-2000伏。如图3所示，使用未涂覆ITO膜的太阳能电池的太阳能电池组件在测试24小时后，输出下降到初始值的约10%，而使用涂覆ITO膜的太阳能电池的组件即使在测试一周后输出也没有下降，这表明用透明导电膜覆盖减反射膜的简单方法足以抑制PID的发生。根据本次加速测试的结果和迄今为止获得的知识，预计使用涂有ITO薄膜的太阳能电池的组件即使在实际环境中也能够充分抑制PID的发生。
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图2 使用常规结构太阳能电池的太阳能电池模块的横截面结构图（左）
使用透明导电膜覆盖防反射膜的太阳能电池的太阳能电池模块的截面结构图（右） |
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| 图3采用传统结构的太阳能电池模块和表面涂覆有100纳米厚ITO薄膜的太阳能电池模块的输出保持率的PID加速测试时间依赖性 |
未来，为了将新开发的技术投入实际应用，我们将确认减少透明导电膜厚度的PID抑制效果，并确认通过湿式涂布形成的透明导电膜的PID抑制效果，该方法比溅射更便宜。此外，通过详细研究施加在减反射膜上的电场与钠迁移之间的关系，我们将进一步阐明PID的机理。