IEC TS 63202-42022 光伏电池.第4部分晶体硅光伏电池的光和高温诱导退化的测量标准立项发展报告

光伏电池第4部分：晶体硅光伏电池的光和高温诱导退化测量标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:PhotovoltaicCells-Part4:MeasurementofLightandElevatedTemperatureInducedDegradationofCrystallineSiliconPhotovoltaicCells摘要随着全球光伏产业的迅猛发展，晶体硅光伏电池的光致退化（LID）和高温诱导退化（LeTID）问题日益凸显，成为影响光伏组件长期发电性能与电站投资收益的关键技术瓶颈。为统一全球范围内光伏电池退化效应的测试方法与评价体系，国际电工委员会（IEC）于2022年6月正式发布了IECTS63202-4:2022《光伏电池第4部分：晶体硅光伏电池的光和高温诱导退化的测量》技术规范。本报告系统梳理了该标准的立项背景、技术内容、核心指标及适用场景，分析了标准对光伏产业技术升级、质量保障体系建设和国际贸易互认的深远影响。报告指出，该标准首次以国际规范形式确立了LeTID的标准化测试流程与量化评估方法，填补了IEC标准体系中关于高温辅助光致退化测试的空白，对推动高效晶硅电池技术产业化进程具有重要的里程碑意义。标准将于光伏组件可靠性评估、新型电池技术研发验证及国际贸易争端解决等场景发挥关键的基准性作用。关键词：光伏电池；晶体硅；光致退化；高温诱导退化；国际电工委员会；标准化测试Keywords:Photovoltaiccells;Crystallinesilicon;Light-induceddegradation;LeTID;IEC;Standardizedtesting1引言1.1研究背景在全球能源转型与碳中和目标的双重驱动下，光伏发电已成为可再生能源开发利用的主体技术路线之一。据国际能源署（IEA）统计，截至2022年底，全球光伏累计装机容量已突破1100GW，晶体硅电池凭借成熟的产业基础与持续提升的转换效率，始终占据超过95%的市场份额。然而，随着钝化发射极背面电池（PERC）、隧穿氧化层钝化接触电池（TOPCon）及异质结电池（HJT）等高效技术的规模化应用，一类新型退化现象——光和高温诱导退化（LightandelevatedTemperatureInducedDegradation,LeTID）——逐步引起学术界与产业界的高度关注。LeTID现象最早于2015年前后在多晶硅PERC电池中被系统报道，其典型特征是在光照与高温（通常在75°C左右）协同作用下，电池效率出现较LID更为显著的衰减，衰减幅度可达初始效率的5%至15%，且恢复周期长达数百甚至上千小时。随着研究的深入，研究人员发现LeTID并非多晶硅电池独有，在直拉单晶硅（CZ-Si）电池、甚至TOPCon等新型结构电池中同样可以观测到类似退化行为，这使其成为制约高效电池长期可靠性的一项共性技术挑战。1.2标准立项的必要性在IECTS63202-4:2022发布之前，国际光伏标准体系中涉及退化测试的规范主要包括IEC61215（组件型式认可）、IEC60904-1（光伏器件测量）等系列标准。然而，上述标准主要聚焦于组件级别的LID测试（100kWh/m²光照预处理），尚未建立针对电池级别的LeTID标准化测试方法。由于不同研究机构和企业采用的实验条件（如温度、光照强度、注入电流密度、持续时间等）存在显著差异，导致各类研究结果之间缺乏可比性，严重制约了退化机理研究、材料工艺优化和产品质量判定工作的有效开展。在此背景下，国际电工委员会光伏能源系统技术委员会（IEC/TC82）于2018年前后正式启动LeTID测试方法标准预研项目，经多轮工作组讨论与国际间循环比对实验，最终于2022年6月28日正式发布IECTS63202-4:2022技术规范。该标准作为IEC63202系列（光伏电池专用标准）的重要组成部分，为晶体硅光伏电池LeTID敏感性的统一量化评价提供了权威技术依据。2标准概述2.1标准基本信息|项目|内容||------|------||标准编号|IECTS63202-4:2022||标准名称|光伏电池第4部分：晶体硅光伏电池的光和高温诱导退化的测量||英文名称|Photovoltaiccells-Part4:Measurementoflightandelevatedtemperatureinduceddegradationofcrystallinesiliconphotovoltaiccells||标准状态|现行||发布机构|国际电工委员会（IEC）||技术委员会|IEC/TC82（光伏能源系统技术委员会）||分类号|太阳能工程||发布日期|2022年6月28日||标准性质|技术规范（TechnicalSpecification,TS）||语言版本|英语||国际价格|322.0元（电子版）|2.2标准适用范围IECTS63202-4:2022规定了晶体硅光伏电池在光和高温协同作用条件下退化程度的测量方法。该标准适用于单晶硅和多晶硅光伏电池片的退化敏感性评价，涵盖但不限于以下电池类型：-铝背场（Al-BSF）电池；-钝化发射极背面电池（PERC）及其衍生结构；-隧穿氧化层钝化接触（TOPCon）电池；-异质结（HJT）电池；-其他新型晶体硅电池结构。标准所规定的测试方法旨在为电池生产者提供LeTID敏感性的量化评估手段，也可作为光伏组件设计选型和质量控制的重要参考依据。3标准核心技术内容分析3.1测试原理与试验条件IECTS63202-4:2022基于加速退化试验的指导思想，通过施加超过实际服役工况的光照强度和温度条件，在较短时间内激发电池的退化行为，从而实现对LeTID敏感性的快速评估。标准明确规定了如下关键试验条件：（1）温度条件标准推荐将电池测试温度控制在75°C±5°C范围内。该温度值的选择综合考虑了退化速率与现场实际运行环境温度的折中关系，既能够有效加速退化过程，又不至于引发与LeTID无关的其他高温失效模式。（2）光照条件测试过程需采用AAA级太阳模拟器或等效光源，光照强度设定为1000W/m²（即1个标准太阳常数），光谱分布需满足IEC60904-3规定的要求。对于需要精确控制注入电流密度的测试场景，标准允许采用电注入（electricalinjection）方式进行等效退化激发。（3）退化激发时间标准建议的连续退化激发时长为200小时以上，具体时长可根据电池类型和退化动力学特征进行调整。测试过程中应定期（至少每24小时）中断光照并进行效率测试，以记录退化随时间变化的完整动态过程。3.2退化量化评价指标标准引入了LeTID退化率（DegradationRatio,RD）作为核心量化指标，其定义为：$$R_D=\frac{P_{initial}-P_{degraded}}{P_{initial}}\times100\%$$其中，P_initial为测试初始阶段（经LID预稳定处理后）的电池最大功率，P_degraded为退化激发试验结束后电池的最大功率。此外，标准还推荐采用以下辅助参数描述退化过程特征：-退化时间常数（τ）：表征退化达到稳态值63.2%所需的时间；-恢复率（R_rec）：反映后续退火过程中性能恢复程度的参数；-最小效率保持率（η_min）：整个退化过程中电池效率的最低保持百分比。3.3测试流程标准规定的LeTID测量流程分为以下主要阶段：1.初始预处理阶段：按照IEC60891和IEC60904-1规定的方法对电池进行初始性能标定，并进行LID预稳定化处理（可采用100kWh/m²光照预处理），以确保初始退化效应已经充分激发，排除LID对LeTID测量的干扰。2.基线性能测量：在标准测试条件（STC：25°C，1000W/m²，AM1.5G光谱）下测量电池的I-V特性参数，获得初始最大功率值。3.LeTID激发阶段：将电池置于75°C±5°C温控平台上，施加1000W/m²光照或等效电注入条件，持续规定时间（通常为200小时及以上）。4.周期性中间测量：激发过程中以不超过24小时间隔中断测试，待电池冷却至25°C后进行I-V特性测试，记录效率随激发时间的变化曲线。5.最终评估阶段：完成全部激发程序后，进行最终性能测量，计算退化率RD，并绘制完整的退化动力学曲线。3.4与其他标准的协调关系IECTS63202-4:2022在技术内容上与IEC标准体系中的多个文件保持协调一致：-IEC60904系列（光伏器件测量）：测试条件、I-V特性测量方法、光谱失配修正等方面严格遵循该系列标准的规定；-IEC61215系列（组件型式认可）：LeTID电池测试方法与组件级别的热斑耐久、湿热老化等可靠性测试互为补充，共同构成完整的光伏产品可靠性评价体系；-IECTS63202-1（光伏电池I-V特性测试）：作为IEC63202系列的第1部分，本标准的电气测量方法与之一致；-IEC60891（I-V特性温度和辐照度修正）：规定了测试结果修正至标准测试条件的规范方法。4标准的技术创新与关键突破4.1首次确立LeTID标准化测试国际规范在IECTS63202-4:2022发布之前，LeTID的测试评价主要依赖各研究机构的内部实验方案，条件差异大、结果离散度高。该标准是全球范围内第一份专门针对晶体硅电池LeTID测试的正式国际技术规范，具有开创性意义。4.2建立电池级别退化评价体系区别于此前侧重于组件级别的LID和LeTID评价方法，本标准的关注对象聚焦于电池片层面，大幅降低了测试成本和时间周期。电池级别测试使得材料与工艺因素的退化敏感性可以被精确隔离和分析，为电池制造过程中的质量追溯和工艺优化提供了直接工具。4.3适应性测试方案的灵活性设计标准在确保测试结果可比性的前提下，为不同类型电池提供了参数调整空间。例如，对于LeTID恢复动力学较快的电池类型，标准允许缩短测试间隔；对于退化饱和时间较长的电池，允许延长激发时长至500小时以上。这种灵活性设计使标准具有良好的可操作性和产业适用性。4.4推动LeTID衰减机理量化研究通过标准化的测试方法和统一的量化指标，不同研究团队和数据平台之间实现了LeTID实验结果的有效对比与数据共享，大大促进了LeTID衰减机理的深入研究，为氢钝化、缺陷工程等抑制策略的开发提供了标准化验证工具。5标准对产业发展的影响分析5.1对电池制造企业的意义对于光伏电池制造企业而言，IECTS63202-4:2022的发布提供了以下关键的产业价值：（1）质量控制和出厂检验依据：电池制造商可依据该标准建立LeTID敏感性的批量抽检制度，提升产品质量的一致性和可靠性水平。（2）工艺研发方向指引：标准提供的统一测试评价方法，使不同工艺条件（如烧结温度、氢钝化工艺、掺杂方案等）下的LeTID表现可直接对比，加速抗退化工艺的研发迭代进程。（3）差异化竞争的技术支撑：具备更低LeTID敏感性的电池产品可作为高端差异化产品，依据标准出具第三方检测报告，增强市场竞争力。5.2对光伏组件制造商的意义组件制造商可通过上游电池片的LeTID测试数据进行供应商评估和来料质量控制，将电池级别的退化性能指标纳入供应链管理体系中。同时，电池LeTID性能数据可作为组件25年甚至30年功率质保预测模型的输入参数，提升长期发电性能预测的精准度。5.3对检测认证机构的意义该标准的发布为第三方检测认证机构开辟了新的检测服务领域。国内外主要光伏检测机构（如TÜV莱茵、TÜV南德、UL、CGC鉴衡、中国国检集团等）已陆续依据该标准推出LeTID检测服务项目，为光伏产业链各环节提供了公正权威的第三方评价工具。5.4对电站投资方和运营方的影响电站投资方在组件选型过程中，可将LeTID敏感性作为关键评判指标之一，优先选择LeTID衰减率低、长期功率保持率高的组件产品，从而有效规避发电量超预期衰减的投资风险。运营方亦可依据LeTID测试数据优化电站的运行维护策略。5.5国际贸易互认与规则协调IEC标准作为全球公认的国际标准体系，IECTS63202-4:2022的发布为光伏电池国际贸易中的技术指标互认提供了统一依据。特别是在全球光伏产品贸易摩擦频发的背景下，基于国际标准的LeTID测试报告有助于消除技术壁垒，促进公平贸易。6标准制定过程中的关键参与机构6.1国际电工委员会光伏能源系统技术委员会（IEC/TC82）IEC/TC82是IEC下设的专门负责光伏能源系统领域国际标准制定的技术委员会，其工作范围涵盖光伏电池、组件、系统部件、测试方法、质量控制以及光伏系统集成等全产业链标准化工作。TC82目前设有多个工作组（WorkingGroup），其中与LeTID测试标准直接相关的包括：-WG2：负责光伏组件非聚光型测试方法标准；-WG6：负责光伏组件可靠性相关标准；-WG8：负责光伏电池及组件材料标准。IECTS63202-4:2022的起草工作主要由TC82所属的项目团队（ProjectTeam,PT）具体执行，项目召集人由来自德国弗劳恩霍夫太阳能系统研究所（FraunhoferISE）的技术专家担任，核心起草成员包括来自中国、美国、日本、荷兰、澳大利亚、新加坡等国家的光伏领域权威专家。6.2主要起草单位的贡献——以德国弗劳恩霍夫太阳能系统研究所（FraunhoferISE）为例FraunhoferISE作为全球领先的太阳能应用研究机构，对IECTS63202-4:2022的制定做出了重要贡献。该研究所位于德国弗莱堡，成立于1981年，是欧洲最大的太阳能研究机构，拥有超过1400名科研人员，研究领域覆盖光伏材料、电池技术、组件技术、系统集成及可再生能源政策研究等全产业链方向。在LeTID研究领域，FraunhoferISE是最早系统开展LeTID现象研究的机构之一。2015年至2017年间，FraunhoferISE的科研团队在多晶硅PERC电池中率先揭示了LeTID的典型退化特征，并系统研究了温度、光照强度、注入载流子浓度等因素对退化动力学的影响规律。其在LeTID领域的关键研究贡献包括：1.机理揭示：通过多种表征手段结合，提出了LeTID与氢相关缺陷复合体（hydrogen-relateddefectcomplexes）相关的退化机理假说，为后续材料工程和工艺优化提供了理论指导；2.测试条件系统优化：基于大量实验数据，系统评估了不同温度（60°C-95°C）和光照强度组合对LeTID加速效果的差异，为标准推荐试验条件的确定提供了核心实验依据；3.循环比对测试：组织并参与了多项国际间的实验室循环比对（round-robin）测试，验证了不同实验室间测试结果的可重复性和再现性，为标准方法的可靠性提供了统计验证数据；4.标准文本起草：深度参与了IECTS63202-4:2022的标准文本起草和修订工作，在测试流程设计、参数选择、不确定性分析等核心环节发挥了技术主导作用。FraunhoferISE还积极推动LeTID研究成果的产业化应用，与多家欧洲及亚洲光伏制造商建立了长期合作机制，协助企业开展LeTID敏感性评价和工艺优化改进工作，在标准与产业之间搭建了高效的技术转化桥梁。6.3中国相关机构的参与情况中国作为全球最大的光伏电池制造国，积极深度参与了IECTS63202-4:2022的制定工作。中国电子技术标准化研究院、中国质量认证中心、中国国检集团等国内标准化与检测认证机构，以及隆基绿能、晶科能源、天合光能、晶澳科技等龙头企业均派出技术专家参与标准制定工作组的讨论和验证工作。中国专家在标准适用于不同高效电池结构的