日本產業技術綜合研究所（簡稱「產綜研」）開發出了只需用透明導電膜覆蓋住光伏電池單元的表面，即可充分抑制光伏電池性能短期内大幅降低的電位誘導衰減（PID）現象。
PID是隨着裝載高壓，光伏電池模組的性能在短時間内大幅降低的現象，常見於兆瓦級光伏電站。以前報告過提高光伏電池模組密封材料的電阻率，以及改變光伏電池單元的防反射膜成分等對策，不過，這些對策雖然延緩了PID的進展，但無法完全抑制該現象發生，還存在製造成本增加和初期轉化效率下降等課題。
此次開發的技術透過用透明導電膜覆蓋住表面有防反射膜的現有晶體硅光伏電池單元，能屏蔽施加給防反射膜的電場，優點是可以充分抑制PID，能規避發電量降低的風險。而且初期轉化效率幾乎不會下降，是一種低成本且非常簡便的方法。
另外，光伏電池單元表面的電極斷線時，正常情況下無法收集斷線部位的載流子，但利用此次開發的單元，斷線部位的載流子也可以透過透明導電膜收集，所以還具有不會因此而導致發電性能降低的附加效果。
此外，可以直接利用以前使用的低成本光伏電池零部件及單元和模組製造工序，因此不會造成製造成本擧升，有望輕鬆向產業界進行技術移轉。
概要圖：光伏電池模組的截面構造圖（左）和透過用透明導電膜覆蓋可充分抑制PID的晶體硅光伏電池單元的等比增大圖（右）
開發的社會背景
實施永續發展社會離不開再生能源，其中對光伏發電的期望尤其高。以日本爲首，世界各國都大量建設了數百兆瓦以上的光伏電站。這些大規模光伏電站爲降低送電時的電力有效能損失，都傾向於增加系統電壓，1500伏左右的系統也在逐漸普及。
圖1是普通光伏電池模組的截面結構圖，據報告，在系統電壓比較高的光伏電站，高電位側的光伏電池單元與光伏電池模組的鋁框之間的電位差約達到1000伏，如此巨大的電位差會引起PID。發生PID後，光伏電池模組的性能會在幾個月至幾年的短時間内大幅降低。因此玻璃蓋板會經由密封材料向光伏電池單元之間施加巨大的電場，如圖1的等比增大模式圖所示，據說玻璃蓋板中所含的鈉離子會向光伏電池單元行程，從而引起PID，不過關於其機制還有很多不明之處。
圖1：普通晶體硅光伏電池模組的截面結構圖（左）與光伏電池單元部分的等比增大圖（右）。在光伏電池單元表層疊了由氮化矽構成的防反射膜。透過模式圖展示了從玻璃蓋板向光伏電池單元内行程的鈉。
研究内容
根據以往的經驗已經知道，採用高電阻率的密封材料或硅含量較高的氮化矽防反射膜能在一定程度上抑制兆瓦級光伏電站發生的PID現象。前者由於施加給密封材料的電場增大，施加到防反射膜上的電場相對減小。後者由於氮化矽防反射膜的導電率提高，施加到防反射膜上的電場減小。因此，產綜研認爲，如果能進一步減小施加給防反射膜的電場，甚至不向防反射膜施加電場，或許能徹底抑制PID。
在普通的晶體硅光伏電池單元中，指狀電極穿透防反射膜到達單元的發射極層，因此如果用透明導電膜覆蓋住防反射膜，透明導電膜與發射極層的電位將變得相同，二者之間的防反射膜被屏蔽，不會再施加電場。也就是說，用透明導電膜覆蓋住光伏電池單元的防反射膜的話，有望抑制PID現象的發生。
爲進行驗證，產綜研利用濺射法在通用的的單晶矽光伏電池單元的防反射膜上，形成了100奈米厚的透明導電膜——氧化銦錫（ITO）膜。並製作了採用被ITO膜覆蓋的電池單元的光伏電池模組和採用未被覆蓋的電池單元的光伏電池模組。
圖2是兩種模組的截面結構圖。在溫度爲85℃、相對溼度爲2％以下，並向單元施加-2000伏電壓的相對比較苛刻的條件下，對兩種模組實施了PID加速測試。如圖3所示，採用未被ITO膜覆蓋的光伏電池單元的光伏電池模組在測試24小時後，輸出功率降至初始值的10％左右，而採用被ITO膜覆蓋的光伏電池單元的模組，測試1周後輸出功率也沒有降低，由此證明，利用在防反射膜上覆蓋透明導電膜的簡單方法，就能充分抑制PID現象的發生。從加速測試的結果以及此前的發現來看，預計採用被ITO膜覆蓋的光伏電池單元的模組在實際環境中也能充分抑制PID現象的發生。
圖2：採用傳統結構光伏電池單元的光伏電池模組截面結構圖（左）
採用在防反射膜上覆蓋透明導電膜的光伏電池單元的光伏電池模組截面結構圖（右）
圖3：傳統結構的光伏電池模組以及採用表面被100奈米厚ITO膜覆蓋的光伏電池單元的光伏電池模組輸出保持率PID加速測試的時間依賴性
論文資訊
論文題目：Second-Generation meta-Phenolsulfonic Acid-Formaldehyde Resin as a Catalyst for Continuous-Flow Esterification
發表期刊：《Organic Letters》
DOI：10.1021/acs.orglett.9b04084
文：JST客觀日本編輯部翻譯
