户外大面积N型晶硅光伏组件的紫外线+湿热引起的功率损耗分析

当前光伏产业正快速转向n型硅电池技术（如n-PERT、TOPCon、SHJ等结构），实验室研究表明该类电池可能对紫外诱导衰减（UVID）更为敏感，而现行IEC标准中紫外测试剂量（15 kWh/m²，约户外2-3个月暴露量）严重不足，导致长期紫外衰减风险无法在认证阶段被有效评估，美能温湿度综合环境试验箱专为验证评估组件或材料的可靠性，能达到快速升温降温，提升测试效率，满足IEC61215、ISOS等标准。

本研究通过对一处出现异常功率衰减（~2%/年）的户外n-PERT电站进行系统分析，结合电学表征（EL、PL、IV 等）与材料检测（SEM、EDS 等），不仅确认了UVID导致的表面复合损失，还揭示了金属化浆料成分差异引发的串联电阻升高问题。通过设计超越现行标准的加速测试（紫外剂量提升至67.5 kWh/m²，并结合湿热应力），成功复现了户外衰减现象，明确了紫外与湿热的协同放大效应，为修订更严格、更贴近实际环境的组件测试标准提供了关键科学依据。

实验方法

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实验室测试选取两类组件：选取2个未户外备用组件、2个功率接近户外IV曲线中位数的组件、2个功率接近下 10 百分位的组件（单晶组件户外实测功率四分位距为中位数的 1.1%），采用多尺度表征方法：

电性能分析：IV测试、Suns-Voc（在 22.9℃±0.8℃、200-1000 W/m² 辐照度下测试，分析 Isc、Voc、FF、Pmp 等参数）、EL/PL成像（EL 成像在 8.9A（额定 Isc）与 10% Isc 下进行，PL 成像采用 808nm 激光（1 个太阳等效），均通过高分辨率 CCD 相机采集并拼接）、EQE测量（通过 “遮挡测试电池 + 照射其他电池” 实现无损测量（310-1195nm 波段））和DLIT热成像（施加 8.9A 方波脉冲（0.1Hz，50% 占空比），用相机捕捉热分布，定位高 Rs 区域）

材料表征：SEM-EDS观察栅线形貌和分析元素组成（如 Zn、Pb 含量），XPS分析钝化层化学状态，FTIR和HPLC检测封装材料老化产物

加速测试：对备用组件进行分区紫外辐照（15-405 kWh/m²），随后进行1000小时、85°C/85%RH湿热测试

界面分析：使用SSRM和AFM对Ag/Si界面进行纳米级电接触表征

户外组件双重衰减机制

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户外组件 IV、EQE、EL 及 DLIT

电性能测试显示所有户外组件均出现Isc和Voc下降，同时伴随蓝光EQE损失，表明存在表面复合。部分组件还出现FF显著降低，DLIT显示这些组件特定区域发热异常，指向局部串联电阻升高。通过单二极管模型解耦分析，表面复合贡献约1.32-1.50%/年功率损失，串联电阻升高贡献0.03-1.54%/年。

金属化浆料成分的关键影响

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不同 Rs 电池性能对比

单栅线PL、EL图像、栅线与Rs关联及Zn检测

SEM-EDS分析揭示，高串联电阻电池的栅线材料中缺乏锌元素，而正常电池则含有锌和铅。SSRM进一步证实高阻电池的Ag/Si界面存在广泛接触不良。光学显微镜还发现，高阻电池的栅线宽度比正常电池宽约20%，表明浆料成分差异影响了印刷形态和接触特性。

紫外加速测试复现表面衰减

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UV应力下电池Pmp跟踪

备用组件UV前后性能

当紫外剂量达到67.5 kWh/m²时开始出现可测量功率损失，远高于现行IEC标准要求的15 kWh/m²。在累计405 kWh/m²剂量下，功率损失稳定在6.1%左右，与户外组件的表面复合损失程度相当。EQE显示明确的蓝光损失特征，成功复现了户外衰减模式。

紫外与湿热的协同放大效应

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不同应力对电池的影响

单独湿热测试对未紫外暴露电池影响甚微，但对先前紫外暴露的电池却引发灾难性串联电阻升高，导致额外29%的功率损失。FTIR和HPLC分析表明，紫外暴露区域的乙酸浓度是非暴露区域的6倍，证实紫外辐射通过Norrish II型反应促进了EVA的脱乙酰化，产生的乙酸腐蚀栅线界面，显著提升了接触电阻。

本研究明确了户外n-PERT组件的两种核心降解路径：UVID 导致的表面复合损耗（EQE 蓝光下降），及栅线无 Zn 引发的 Rs 升高。加速试验证实：需 67.5 kWh/m² 的 UV 剂量（IEC 标准的 4.5 倍）才能复现表面复合损耗；UV 与湿热存在协同作用，乙酸是加剧 Rs 升高的关键介质；n-PERT 电池的 UVID 敏感性并非源于电池类型，而是钝化层、银浆料等设计因素。研究结果为制定“更长 UV 暴露 + 复合应力”的新认证标准提供了数据支撑，同时强调需深入理解 UVID 与协同应力的作用机制，以提升 N 型组件的长期可靠性。

美能温湿度综合环境试验箱

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美能温湿度综合环境试验箱采用进口温度控制器，能够实现多段温度编程，具有高精确度和良好的可靠性，满足不同气候条件下的测试需求。

温度范围：20℃~+130℃

温湿度范围：10%RH~98%RH(at+20℃-+85℃）

满足试验标准：IEC61215、IEC61730、UL1703等检测标准

美能温湿度综合环境试验箱通过精确控制紫外辐照剂量与85°C/85%RH的湿热环境，成功复现了户外光伏组件的严重功率衰减，揭示了紫外与湿热应力的协同放大效应，证实紫外预处理会急剧加剧后续湿热对栅线接口的腐蚀，为制定更精准预测组件长期可靠性的测试标准提供了关键依据。

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