太阳电池组件寿命预测理论的研究及新的失效机理分析

Solar module is a key components for photovoltaic power plant,its warranty lifetime is as long as 25 years. But many failures of solar module are not explained from theory, particularly in 2011, there are some aboil debates about module failure mechanism in authoritative journal(Solar energy materilas and solar cells). There are some strange failure phenomena in large photovoltaic power plant. Unfortunately, there is not a scientific lifetime forecast theory for solar module.When new materails are used or process is changed, the lifetime of solar module can be not decided by the existing design qualification and type approval(IEC 61215 and IEC 61646)mechanism. So we must explain new module failure mechanism and build lifetime forecast theory for photovolatic future.By Microscopic analysis and orthogonal experiments, we will study physics of module failure, analysize new fail mechanism, develop lifetime forecast theory, and lay a foundation for the increasement of relaibility, change of raw materilas and process and lifetime forecast. We will improve module performance from physics of device, structure and process, so as to develop 40 years solar module. After this project finished, we will get a original innovation and lifetime forecast theory for solar module, this domain is a preferential support by Natural Science Foundation of China in 2012.

太阳电池组件质保寿命达25年，但最近出现的失效案例却无法用现有理论解释，特别是2011年，权威期刊上关于失效现象的解释出现了针锋相对的争论，一些光伏电站也发现了新的失效事故。目前还没有形成关于光伏组件的加速寿命试验理论，仅有的定型试验，在短时间内无法发现这些失效事故，更不能确定光伏组件能否达到预期寿命，因此迫切需要对新的失效现象进行科学解释并建立寿命预测理论。本项目通过微观分析及应力正交试验，探索光伏组件的失效物理学，揭示新的失效现象蕴藏的科学问题，减小功率年衰减率，发展加速寿命试验理论，为进一步进行可靠性增长研究、判断太阳电池所用材料及工艺是否合格、进行寿命预测提供理论依据，从器件物理、结构和工艺实现等方面提高太阳电池组件的性能，为达到40年甚至更长的寿命奠定理论基础。本项目可望获得具有原始创新的失效机理和光伏组件寿命预测理论，这方面的研究也是国家自然科学基金今年优先支持的方向。

研究太阳电池组件寿命预测理论及失效机理分析对光伏科学的发展至关重要。在本项目中，我们从光伏器件物理、结构、工艺及应用出发，研究了晶体硅太阳电池材料中的杂质对组件寿命及可靠性的影响；研究了“Slug Trace”故障机理及对组件可靠性的影响，研究了晶体硅太阳电池焊接中碎片的形成及裂纹的传播规律，研究了户外工作条件下光伏组件中热应力对组件可靠性的影响，研究了太阳电池电极附着力对组件可靠性的影响，研究了PID对光伏组件可靠性的影响，跟踪测试了四类气候区域光伏组件性能的变化，并通过加速寿命试验得到了光伏组件功率衰减的规律，对一些失效现象进行了可靠性增长试验。建立了光伏组件的失效物理学，揭示了新的失效现象蕴藏的科学问题。这些研究为光伏组件失效分析提供了理论基础，为进一步延长光伏组件的寿命指出了方向，特别是关于电极的附着力指标已获得光伏领域的认可并被用于实际生产，一些见解被写入光伏专著。