湿度对单晶硅基光伏电池运行的影响：基于 SCAPS 1 D 的数值研究

以湿度形式存在的 moisture 对光伏（PV）电池和组件的运行有显著影响。水分常通过封装膜（乙烯-醋酸乙烯酯（EVA）、PVB、PVF、PMMA）或可透气背板扩散。已知在潮湿环境中运行时，水分会加速 PV 的退化并降低其性能。SCAPS 1 D 被广泛用于模拟和估算 PV 的运行。本工作中，我们展示了水分对由单晶硅制成的 PV 的运行与性能的影响。具体而言，研究了由水分产生的缺陷和杂质的影响。我们研究了硅烷醇（Si-OH）、氢离子 H$^+$ 以及由接触电极、封装材料和透明导电氧化物（TCO）腐蚀产生的金属离子（当生成酸时为 Al$^{3+}$; Zn$^{2+}$，或来自粉尘的 Fe$^{3+}$）的协同效应。数值模拟表明：从无水汽的 PV 电池开始，当电池中存在水分且使用 PVB 作为封装剂时，填充因子（FF）和功率转换效率（PCE）分别从 82.80 $\%$ 降至 81.78 $\%$ 和从 18.57 $\%$ 降至 11.46 $\%$。当水分导致 EVA 上产生乙酸，或存在含铁的粉尘（Fe）时，观察到参数的进一步退化。使用相同的初始光伏电池，FF 和 PCE 进一步分别降至 79.20 $\%$ 和 7.04 $\%$。此外，整个研究中观察到 PV 关键电学参数的净下降，最大功率（P$_{max}$）、短路电流（J$_{SC}$）、最大功率点电流密度 J$_{MP}$ 降低超过 50$\%$。本研究为改进潮湿环境和热带地区所用组件的性能以及理解其退化过程铺平了道路。