商用 TOPCon 光伏组件的可靠性 — 一项广泛的比较研究
一、研究背景隧道氧化物钝化接触（TOPCon）太阳能电池市场份额增长迅速，但可靠性问题仍存争议。本研究对 20 种 TOPCon 光伏组件进行对比分析，通过电气特性和加速老化评估，评估其性能、确定能量等级，并探究潜在的可靠性问题，为该技术发展提供参考。
二、实验方法组件选择采用不同方式，部分从生产线随机选取，部分由原始设备制造商（OEM）提供。根据截至 2024 年中期的 TOPCon 组件可靠性数据设计老化测试序列，包括光诱导衰减（LID）稳定化、潜在诱导衰减（PID）评估、热循环（TC）、湿热（DH）测试、紫外（UV）老化及湿度冻结（HF）等测试，部分测试依据国际电工委员会（IEC）标准进行，部分测试对标准进行了修改。同时对两种组件进行户外暴露测试并定期测量。机械负载测试因与 TOPCon 技术无特异性关联未在本文重点讨论。
三、结果与讨论性能和气候特异性能量评级（CSER）（结合图 2、图 3）
从图 2 可知，所测组件标称功率在 415 - 695W 之间，效率为 21.2% - 23.2%，多数组件初始测量功率与标称值有负偏差，但 10、14、15 和 23 型除外。图 3 显示能量评级在不同组件类型和参考气候下有差异，9 型在各气候下表现最佳，3、5、11 型较差。TOPCon 组件的中位功率温度系数约 0.308%/K，优于 PERC 细胞；平均双面率为 76.4%，高于 PERC 模块。结论：TOPCon 组件性能有优势，但存在功率测量偏差，不同类型组件在不同气候下能量评级不同。
LID 和 LeTID（结合图 4）
由图 4 可见，所有测试组件中 LID 和 LeTID 影响极小，LeTID 降解小于 -0.3%，在测量误差范围内，表明其对 TOPCon 组件影响不显著，相比 PERC 技术有改进。结论：LID 和 LeTID 对 TOPCon 组件性能影响可忽略不计。
PID（结合图 5）
图 5 表明，多数测试组件 PID 降解小，但 15 和 19 型降解超 -2%，且负电位下降解更严重，与先前报道部分 TOPCon 组件易受极化型 PID（PID - p）影响相符。总体上，TOPCon 组件 PID 敏感性和严重程度与 PERC 组件相当，但降解机制可能从 PID - s 转向 PID - p。结论：需持续关注 TOPCon 组件 PID 评估。
TC（结合图 6）
测试中 TC50 循环后未观察到显著功率损失，但部分组件电致发光（EL）图像显示有金属化指脱落或与电池边缘平行的暗线等问题，可能是电池连接器与接触垫连接不良，此问题在 TOPCon 组件中更频繁出现，需进行更长周期测试研究长期影响。结论：TC 测试虽无功率损失，但出现的失效模式需进一步研究。
DH 老化（结合图 4、图 7、图 8）
图 4 和图 7 显示，DH（85°C/85% RH）测试 1000h 后中位降解为 -1.7%，聚合物背板组件（平均 -5.0%）比玻璃 - 玻璃组件（平均 -1.0%）降解更严重。进一步 DH 测试至 2000h，玻璃 - 玻璃组件 MPP 无显著额外降解，且前 1000h 主要是损失，后 1000h 主要是填充因子（FF）损失，可能与水分引发的腐蚀有关。EL 成像显示玻璃 - 背板组件和部分玻璃 - 玻璃组件电池金属化或连接器变暗，但玻璃 - 玻璃组件 EL 现象与功率损失不对应。结论：水分对 TOPCon 组件有降解作用，不同封装材料组件降解程度不同，腐蚀可能是后期降解原因之一。
UV 老化（结合图 4、图 9、图 10、图 11、图 12）
图 4 显示，组合 UV/HF 测试中，仅 60kWh/的正面 UV 照射后 40% 组件损失超 -5%，但后续 HF 老化中性能部分恢复，形成 “W 型” 降解 - 恢复模式，主要与变化有关，12 和 18 型因腐蚀效应偏离此模式。EL 图像显示初始 UV 老化后多数组件有棋盘格状变暗，后续变化不明显但可观察到降解 - 恢复循环。改变测试条件，如去除初始 DH 处理不影响 UV 老化降解，改变工作条件从短路到开路可降低功率损失，与户外测试结果相符，户外测试中短路时降解更明显且涉及参数。进一步研究发现 HF10 测试可使部分模块恢复，暗存储会加剧降解，高温处理可逆转暗存储的降解，且高温和电流注入条件下的恢复表明光浸泡可能也有类似作用，但需更多验证。结论：UV 照射对 TOPCon 组件有显著影响，其降解和恢复受多种因素影响，现有标准测试可能未发现此类问题，需进一步研究户外降解情况及优化测试方法。
四、研究结论电气特性和能量评级计算表明，TOPCon 组件性能优越、预期产量高，在效率、双面性和温度系数方面优于 PERC 模块，且对 LID、LeTID 和 PID 敏感性与近期 PERC 产品相当。
加速老化测试发现，TOPCon 组件存在与水分侵入和 UV 照射相关的严重降解问题，与制造商保修条件相悖，如水分导致的前金属化浆料敏感性问题需在未来改进。
UV/HF 测试序列揭示的 “W 型” 降解 - 恢复模式受操作模式和温度等因素影响，目前正进行更多户外测试研究。
未来测试应减少对 LeTID 和 LID 的关注，重点针对特定组件类型进行 DH、PID、UV 和机械负载测试，随着 TOPCon 组件发展，可靠性特征可能变化，测试方法也需优化。
五、图表分析图 2：展示了光伏组件的铭牌性能和效率（左）以及开箱功率测量与标签的偏差（右）。通过该图可直观看到不同组件类型的标称功率、效率范围以及实际测量功率与标称值的差异情况，为评估组件初始性能提供数据基础，表明多数组件存在功率负偏差现象。
图 3：呈现了不同参考气候下的气候特异性能量评级（CSER）。据此图可清晰比较各组件类型在不同气候条件下的能量评级表现，确定出在不同气候环境中性能较优和较差的组件类型，如 9 型在各气候下表现突出，3、5、11 型表现不佳，为实际应用中的组件选型提供参考。
图 4：显示了经过 LID、LeTID、PID、UV 和湿热等降解测试后相对于初始测量的降解情况。从图中可综合对比不同测试项目下各组件的降解程度差异，直观反映出不同类型组件对各类降解因素的敏感程度，如 LID 和 LeTID 对组件影响小，而部分组件在 UV 测试和湿热测试中降解明显。
图 5：描绘了经过 2×96h PID 测试后相对于初始测量的降解情况，图中点代表单个模块，柱状图对应平均降解。通过该图可明确不同组件类型在 PID 测试中的具体降解情况，观察到 15 和 19 型降解较严重且负电位下降解趋势更明显，为分析 TOPCon 组件 PID 特性提供关键数据。
图 6：展示了 TC50 测试后 8 型组件金属化指脱落和 4 型组件电池边缘平行暗线的部分 EL 图像。这些图像直观呈现了 TC 测试后部分组件出现的失效模式，为研究热循环对组件内部结构的影响提供了直观证据，表明热循环可能导致组件连接部位出现问题。
图 7：呈现了 DH1000 和 DH2000 测试后性能损失（）的偏差，点表示单个模块，柱状图对应平均降解。由图可知湿热测试对组件性能的影响程度以及随着测试时间延长性能损失的变化情况，同时可对比玻璃 - 玻璃组件和聚合物背板组件在湿热测试中的差异，如聚合物背板组件降解更严重。
图 8：展示了玻璃 - 背板组件（21 型）和玻璃 - 玻璃组件（4 型）在初始和 DH1000 老化后的部分 EL 图像。通过这些图像可观察到不同封装类型组件在湿热老化后电池内部的变化情况，如玻璃 - 背板组件多数电池和玻璃 - 玻璃组件边缘在老化后出现的变暗现象，为分析湿热对组件内部结构的影响提供视觉依据。
图 9：显示了在组合 UV/HF 测试序列中相对于初始的降解情况（和）。从图中可看出在 UV 和 HF 组合测试下组件性能的动态变化过程，包括降解和部分恢复的情况，以及在其中的变化趋势，体现了 “W 型” 降解 - 恢复模式与的关联。
图 10：展示了 11 型组件在组合 DH/UV/HF 测试序列中的 EL 图像，呈现出受降解和恢复 “W 型” 模式影响的棋盘格图案。该图为研究 UV 老化对组件内部结构的影响提供了直观证据，可观察到 UV 老化后组件细胞层面的变化特征以及与降解 - 恢复模式的对应关系。
图 11：展示了 UV 降解后相对于初始（）的性能变化与负载条件和先前湿热测试的关系（左）以及 UV 降解后的恢复和稳定试验效果（右）。通过左图可分析不同负载条件和湿热处理对 UV 降解后性能的影响，右图可观察不同处理方式对组件恢复的作用，如 HF10 测试可使部分模块恢复，暗存储会加剧降解等。
图 12：呈现了 16 型两个组件在 2024 年 1 月 3 日至 8 月 29 日户外暴露的结果。该图可反映出户外环境下组件性能的实际变化情况，与实验室测试结果对比，可发现户外测试中短路时降解更明显且涉及参数等差异，为研究户外降解特性提供数据支持。
