太阳能电池板在制造、运输及设置时，或因年久老化会出现各种故障。就这类故障及检测方法，将从本文起以系列文章介绍由Chemitox公司(东京都大田区)的评测服务所掌握的案例及知识。
Chemitox从事着太阳能电池板及电子部件的评测业务等，自2010年开始提供太阳能电池板的可靠性等评测试验服务以来，已经实施了1600件以上的试验。
其中，因在日本国内率先开始实施应对PID(潜在电势诱导衰减)的试验而闻名，2012年以后，对日本国内外企业制造的电池板实施了400件以上的试验。本文是第一篇，介绍PID造成的故障及其原因等。
PID主要在结晶硅型太阳能电池板上发生，是在特定条件下，太阳能电池板加载了高电压，输出功率降低的故障。这是太阳能电池板内的电池单元(发电元件)与铝制框架间产生了电位差导致的。是因受到了高温、高湿及系统电压等条件的影响。
此次要介绍的，是结晶硅型电池板出现的PID的典型事例。
对PID耐性较低的太阳能电池板，有的甚至会有输出功率1年间降低70%以上的情况。另外，这并非只在特定环境下才会发生的现象，据称在日本国内各地都有发生的事例(图1)。
图1：PID劣化的特点 日本各地均有发生(出处：Chemitox)
PID的劣化原理还没有完全查明。据称，即使想强制PID发生，有时却也未必能如愿。
太阳能电池板的劣化有时也会恢复：对电池板施加逆向偏压，即加载高电压，使电池单元与框架之间的电位差与发生PID时相反，并置于一定程度以上的高温环境下，劣化就有可能恢复。
冬季劣化也可能会恢复。PID的劣化一般在春、夏、秋会加重，一到冬天就会减缓。
另外，在雨后及夏日的清晨等，发电系统的漏电检测电路有时会启动。这是因太阳能电池板的绝缘电阻值降低之故，而这种绝缘电阻的降低有时也会引发PID。
p型和n型的输出功率降低的趋势不同
PID劣化主要发生在p型结晶硅型太阳能电池板。n型的发生事例目前相对较少。Chemitox估计，也许是因为迄今采用n型产品的项目没有p型多吧。
现在，结晶硅型电池板的主流产品为p型电池单元(发电元件)。n型虽然容易提高转换效率，但制造技术较难，所以在量产品上少有采用。采用n型的代表性例子有美国SunPower制造的背接触型电池板。很多观点认为，随着制造技术的进步，今后n型电池单元的采用会增加。
n型和p型的PID劣化造成的输出功率降低的趋势不同。
从掌握输出特性的指标——电流-电压特性(I-V特性)来看，p型电池板的劣化，首先是从最大功率点附近的输出功率开始降低(图2)。
图2：p型电池板伴随PID劣化出现的电流-电压特性变化示例
最大功率点附近的输出功率降低导致电压降低。劣化加重后，就不再是曲线状态，而是直线下降(出处：Chemitox)
像是受到最大功率点附近的输出功率降低的拖曳，最大输出电压会降低。电压降低会导致整体输出功率降低，而这一输出功率降低会进一步导致最大电压降低，形成恶性循环。电流-电压特性被称为“I-V曲线”，一般在最大功率点附近形成平缓的曲线，PID劣化加重时，就不会再是曲线状，而变成直线下降。
与此不同，n型电池板的PID劣化是填充因子(FF：Fill Factor)不变，而I-V曲线逐渐缩小(图3)。
图3：n型电池板伴随PID劣化而生的电流-电压特性变化示例
填充因子(Fill Factor)不变，I-V曲线逐渐缩小(出处：Chemitox)
劣化形成的EL(电致发光)检查图像也不同(图4)。p型电池板随着PID劣化加重，在电池单元内，内部电阻会部分降低，有短路之处发生，从而妨碍该位置的发光。这种现象逐渐扩大，最后电池单元整体都不再发光。
图4：p型和n型的输出功率降低情况不同 EL检查图像的变化(出处：Chemitox)
而n型电池板，PID劣化加重的话，电池单元整体的照度会均匀降低。
可以认为，p型是因电子无法通过单元内的耗尽层，所以发光受到妨碍;n型是因为通过耗尽层的电子量减少，发光受到妨碍。这种原理上的不同会体现在不同的EL检查图像上。
钠进入贯穿p-n结的缺陷造成短路
关于这种PID造成的输出功率降低的原理，所知的最新有力说法是德国研究机构弗劳恩霍夫协会CSP(Fraunhofer Center for Silicon Photovoltaics)的分析(图5)。
图5：钠进入贯穿p-n结的缺陷，造成短路 贯穿深约300nm处的接合部(出处：Chemitox)
在电池单元上，如果微小的裂纹等缺陷贯穿p-n结，缺陷部会因被钠(Na)填满而造成短路。p-n结是在硅基板深约300nm处形成的。钠含在保护玻璃中，保护玻璃的表面在湿润的状态下，如果其电位高于电池单元，钠就会扩散到单元内，并进入贯穿p-n结的缺陷内。
目前，日本国内外的大型太阳能电池板厂商，几乎都供货宣称采取了PID对策的产品。另外，还出现了可以在电池板以外的发电系统侧采取的应对措施。
