组件故障溯源电池端！上游尽职调查成光伏资产长期可靠 “生死线”

编辑 | 清韵  

出品 | PV光圈见闻

理解光伏组件的长期可靠性一直是项目采购的基石。然而，不断发展的政策、质量及合规动态正将关注点从成品组件向上游延伸，指向其最关键的子部件：电池。

为了防止电站现场出现损失或可靠性问题，从电池到成品组件都需要严格的质量管理，图：PVEL。

近年来，全球多个地区的产能迅速扩张，吉瓦规模工厂采用不同的工艺、设备和材料生产电池。这种快速的制造扩张，叠加供应链的多元化以及先进电池结构的采用，带来了更高的风险，涉及工艺差异、潜在缺陷和合规缺口等方面。与此同时，全球政策变化持续使采购策略复杂化，光伏项目开发商和投资者面临着新的合规要求，还需应对持续的监管和市场影响。

Kiwa PI Berlin的最新报告《光伏电池质量与合规性竞赛》[1]探讨了电池层面的上游尽职调查当前如何成为决定资产长期性能和财务可行性的关键因素。

研究结果概述了三项核心内容：为什么在光伏电池采购中实施结构化的质量保证和质量控制至关重要；我们的审计和可靠性测试持续揭示了哪些问题，以及买家应如何搭建上游尽职调查框架以降低其项目的技术与合规相关风险。

下文将深入探讨买家为何应关注光伏电池，并指出了2025年电池制造领域的关键问题。

为何上游尽职调查比以往任何时候都更重要  

多年来，光伏行业的质量保证实践一直聚焦于组件这一在现场可见的最终产品。然而，正如Kiwa PI Berlin近期的研究结果所示，许多组件层面故障的根本原因往往源自电池层面的问题。

过去几年，市场正从主要部署PERC电池转向更多TOPCon和HJT设计。设备、材料和工艺控制的改进使得这些曾经复杂的电池类型能够实现大批量生产。TOPCon始终引领着这一转变，因其结构与成熟的PERC设计相似，制造商能够改造利用现有基础设施并发挥工艺专长，从而推动规模化生产。

尽管这些先进设计提升了电池效率，但也带来了新的敏感问题。电池制造正迅速从传统中心向非洲、中东和东南亚部分新兴地区扩张。这种地域多元化布局的目的是为了降低美国市场的关税风险，满足全球激增的需求。

然而，新设施的涌现导致制造成熟度、工艺规范性以及次级供应商透明度存在显著差异。即使是微小的设计或采购变更也可能对电池层面的可追溯性、可靠性以及保持工艺控制一致性的能力产生重大影响。

除技术变革外，一系列政策变化也放大了上游质量尽职调查的必要性。对美国买家而言，“大美丽法案”通过将联邦税收激励与严格禁止向"受关注外国实体"(FEOC)提供"物质援助"挂钩，从根本上改变了光伏项目利益相关方的合规环境。

包括232条款调查以及基于《国际紧急经济权力法》(IEEPA)的关税在内的重叠法规使合规环境进一步复杂化。管理这些关税及其他政策风险，日益要求光伏组件的特定物料清单(BOM)、工艺可追溯性及劳工标准保持透明。

电池技术与质量保证的演变格局

电池结构的快速演进凸显了一个核心要点：光伏技术的生命周期正变得越来越短。不幸的是，这意味着可靠性问题在大规模部署后才被发现的概率随之提升。因此，检测与认证程序必须同步发展以匹配这些电池技术的特定特性，需要结合先进技术和方法来实现精准表征与分析。这些挑战的示例如下：

TOPCon：需要精确设计的隧穿氧化层。即使是微小的工艺偏差或不均匀性也可能导致隧穿失效和钝化损失，进而可能引发电势诱导衰减(PID)或紫外诱导衰减(UVID)的现场故障

HJT：依赖于高度受控的掺杂和薄膜沉积步骤。工艺条件不佳或膜层不均匀会显著降低电池性能，特别是填充因子(FF)钙钛矿叠层电池(新兴技术)：需要采用先进方法实现跨层沉积控制和长期可靠性验证

图1：硅基太阳能电池结构及生产流程概览。图片改编自[2]。图片：Verlinden, P., Young, D. L., Xiong, G., 等。

图1展示了光伏电池结构及对应制造步骤的示意图。生产流程的每个阶段均对温度、掺杂浓度、气体流速、沉积时长、材料纯度等关键参数的变化高度敏感。即使与优化条件仅存在微小偏差也可能导致电池性能显著下降或损害长期可靠性。

硅片尺寸的影响

除了新型电池设计外，行业也正向更大尺寸硅片转型。在降低成本和提升组件功率目标的驱动下，硅片尺寸已从M0、M2发展至M6，并进一步演进至M10和G12/M12。通过提高单位面积发电量、降低系统平衡(BOS)成本，更大尺寸的硅片有助于改善系统级经济性，这一优势在大型地面电站中尤为显著。因此，M10和G12/M12规格已迅速成为TOPCon、HJT等高效电池技术的行业标准。

图2：硅片尺寸演进历程。

然而，更大尺寸的硅片(通常为减少硅耗而做得更薄)更容易受到机械损伤，包括在搬运和加工过程中产生的微裂纹与边缘崩缺。其增大的表面积也要求更严格的工艺均匀性、更精准的设备对位以及升级的物料搬运系统以维持良率。原为较小尺寸硅片设计的产线通常需要进行重大改造才能满足这些要求。若缺乏强化的工艺控制和稳健的质量保证，更大硅片的优势或被更高的缺陷率和长期可靠性风险所抵消，最终影响性能表现。

电池制造工艺风险

PERC、TOPCon和HJT电池的制造是一个复杂的多步骤过程，包含硅片准备、扩散、表面钝化、金属化、烧结及最终分选。每个工艺步骤本质上都依赖于对材料的精确控制、工程化工艺设计以及系统的在线与后工艺表征。贯穿这些阶段的结构、光学和电学特性共同决定了成品电池的长期性能、稳定性与可靠性，以及其在实际应力环境下集成至光伏组件后的耐久性。因此，从根本上理解光伏电池质量需要对其制造过程具备全面认知。

若缺乏严格的质量管理，质量偏差可能在电站现场出现损失或可靠性问题前一直不被察觉。尽管这些缺陷并非新问题，但随着生产规模的扩大和电池设计的复杂化，其发生频率和影响程度正不断增加。每个步骤的任何偏差或错误都可能导致后续步骤出现特定缺陷或问题。例如，硅片清洗不彻底等初始问题可能导致表面污染、钝化不良以及所有类型电池的效率下降；在后续金属化步骤中，浆料溢出、接触不良等缺陷可能导致漏电及电池间的性能差异。图3的表格中列举了更多此类缺陷与风险实例。

图3：工艺步骤与缺陷风险示意图。

此类电池缺陷可能导致与电站现场相关的衰减现象，包括电势诱导衰减(PID)、光热诱导衰减(LETID)以及紫外诱导衰减(UVID)，这些都对组件性能和长期可靠性构成严重威胁。因此，独立电池工厂审计结合终端产品(组件)可靠性测试，在对此类偏差进行监督和早期检测方面发挥着关键作用。

工厂审计缺陷特征分析

要维持电池的长期效率与可靠性，必须全面理解生产过程中质量风险的源头。工厂内的电池质量保证侧重于从大规模生产批次中抽样检测，而组件质量保证则针对为特定客户项目制造的成品组件进行评估。与组件产品监督及出货前检验方案不同，采购方正越来越多地采用多重审计策略：首先进行电池工厂资质审计以验证工艺稳定性和质量控制能力，随后通过定期验证审计确保控制措施持续有效且纠正措施落实到位。

Kiwa PI Berlin的全球工厂审计数据揭示了五类反复出现的质量风险。最常见的是工艺控制管理不足，即使是微小的参数漂移也可能导致长期可靠性问题。其他发现包括：质量管理体系存在漏洞(在快速扩张的生产区域尤为突出)；因校准与计量标准不完善导致的测试和贴标操作不一致；材料认证程序薄弱致使缺陷在生产流程早期即发生；以及认证合规性偏差。这些问题共同凸显了在电池制造阶段实施严格的上游尽职调查和持续监督的重要性。图4详细展示了我们在各类别中观察到的质量现象。

图4：光伏电池工厂审计发现与质量风险类别。

工艺控制(如图4所示)指的是对光伏电池生产线每个步骤的精确调控，从硅片制绒、扩散到钝化、金属化及最终电池分档。每个阶段都需要特定的参数(如温度、掺杂浓度、气体流速、沉积时间和材料纯度)以实现预期的性能与可靠性。

在工厂审计中，经常观察到两个主要问题：(1)缺乏标准作业程序和控制计划；(2)文件化程序与生产现场实际使用的工艺参数之间存在不一致。在电池制造过程中，保持程序一致与参数稳定至关重要，即使与优化设置存在微小偏差也可能引入隐性缺陷。这些缺陷在常规光伏组件生产和测试(如电致发光成像或闪光测试)中难以检测，但后期可能在电站现场表现为故障或衰减机制，包括电势诱导衰减和紫外诱导衰减。因此，工艺控制不仅是工厂效率的衡量标准，更是实际应用中组件可靠性和性能的主要决定因素。

物料管理仅占观察到缺陷的约12%，但其影响却格外重大。薄弱的来料检验、不充分的供应商认证以及不当的储存条件可能导致不合格的硅片或化学品进入产线。一旦出现与材料相关的缺陷，它将在每个后续工艺步骤中传播，最终影响电站现场的成品组件。因此，健全的物料管理计划是防止系统性性能问题的关键首道关口。这包括可追溯性控制、仓储环境监控以及建立严格的验收标准，以便在硅片投放至电池制造环节之前识别不合格品。

一个常观察到的问题是在电池制造过程中出现掺杂不均匀现象，这通常由使用不合格或未经测试的材料和硅片引起。掺杂是通过向高纯度硅中引入受控杂质(如硼)以形成光伏转换所需的PN结结构的过程。材料相关问题可能导致掺杂浓度不均，引发局部电阻率变化。这类缺陷会降低载流子寿命、减少功率输出，并增加对光致衰减的敏感性，同时随时间推移加剧与光热诱导衰减相关的性能损失。

若来料检验未能发现这些问题，有缺陷的电池将进入组件加工及电站部署环节，直至系统性能不达标时才会显现。这一现象凸显了严格的材料认证与检验对保障光伏系统长期可靠性至关重要。

Kiwa PVEL测试揭示的现象

Kiwa PI Berlin的电池质量计划涵盖工厂检验和通过Kiwa PVEL进行的终端产品(组件)实验室测试。实验室结果同样表明，即使电池层面的微小变化也可能转化为显著的可靠性风险。

自2012年推出产品认证计划以来，Kiwa PVEL的扩展可靠性与性能测试持续表明，即使细微的电池层面变化也会显著影响组件耐久性与发电量。近期产品认证计划的测试结果进一步证实，材料选择、电池结构及工艺质量控制对长期可靠性依然至关重要。

在多个制造基地中，缺陷率与工艺波动性有所扩大，尤其在新投产的工厂中更为明显。在某些案例中，电池工艺差异、涂层均匀性或金属化处理的不同导致了可测量的效率与可靠性差距。Kiwa PVEL庞大的可靠性测试结果数据库提供了多个实例，证明了电池层面问题与组件层面故障之间的关联性。

图5。左图：BOM 1 经过 PID192(-) 测试后的结果(功率损耗 1.6%)。右图：BOM 2 经过 PID192(-) 测试后的结果(功率损耗 7.2%)。

图5中的一个最新案例展示了电池的材料清单(BOM)和制造工艺如何显著影响其潜在电势诱导衰减(PID)性能。

此处，来自同一组件制造商的两种非常相似的TOPCon材料清单(BOM)，均使用相同的正面POE和背面EVA封装材料，却产生了截然不同的结果：BOM 1的功率损耗为1.6%(使其成为光伏组件可靠性记分卡的顶级表现者)，而BOM 2的功率损耗为7.2%，其电致发光(EL)图像整体显示出明显的PID极化迹象。

这些发现证实，电池质量是决定组件使用寿命的关键因素。通过在上游控制质量，买家可以直接减少下游的保修索赔和性能不佳风险。

给买家的建议

最终，光伏电池质量保证旨在帮助买家提升其光伏组件的性能和可靠性。在Kiwa PI Berlin，我们的目标是支持整个行业在光伏持续扩张、成为全球领先能源的同时，维持高发电可靠性。基于广泛的现场性能数据和近期工厂评估，Kiwa的动态采购质量管理项目围绕以下五项核心原则构建，为光伏组件买家提供指引：

1.   光伏组件的质量由其零部件质量和生产一致性决定。

2.   充分的测试能预防故障和性能不佳，而质保不能。

3.   除非买家介入，否则制造商自行设定其质量标准。

4.   信任但需验证所交付组件的质量。

5.   在问题出现之前，制定应对计划。

为了确保符合不断变化的法规和质量要求，技术先进的光伏电池制造要求精准的操作、稳健的供应链监督和严格的可追溯性。为此，光伏组件买家需要实施有针对性的电池质量保证措施以降低技术和财务风险。采用结构化的最佳实践有助于在组件出厂前就预防缺陷、性能不佳以及代价高昂的质保问题。

因此，Kiwa PI Berlin 对光伏电池采购提出以下建议：

    产品认证：通过采购质量计划进行全面的物料清单可追溯性和预认证测试，增加对供应商、材料来源和性能的透明度。

    设定合同要求：将电池级质量要求纳入采购合同；定义可衡量的标准，并要求供应商保持透明度。

    进行独立第三方审核：验证过程控制，并评估操作员能力和质量体系的实施情况。

    验证生产质量：对成品光伏组件进行批次和扩展可靠性测试，以验证其机械完整性、电气性能和长期耐久性。

    聘请经验丰富的技术顾问：在采购过程开始前和整个过程中全程参与。早期介入能确保采购决策与整体项目战略、法规要求和财务目标保持一致。

为了确保设备质量在整个生命周期内得到保持，光伏组件买家需要在项目的每个阶段(从采购、生产到交付)采取积极主动的方法。一个稳健且结构良好的采购流程应整合多层次的监督，包括全面的产品认证、明确定义的合同要求、综合的工厂审核、细致的生产检验以及审慎的现场验证。通过系统应用这些最佳实践，买家可以建立一个基于透明度、数据驱动决策和问责制的采购框架。

前路展望

光伏行业正步入其最具前景但也最具挑战的十年。随着电池技术不断突破效率极限以及装机容量持续增长，在大规模生产中保持质量的复杂程度只会越来越高。在市场与政策动态共同作用下，光伏电池已被重新定义为一个战略性的合规检查点，供应链复杂性、监管监督和技术性能在此交汇。

在此环境下，电池级别的质量保证并非一项可选的保障措施，而是采购的关键组成部分。那些积极投入到详尽的技术尽职调查、端到端供应链图谱绘制以及独立质量验证的利益相关方，最能有效降低与法规遵从和组件长期稳定性能相关的风险。优先落实上游质量保证的项目有望在长期内受益于更低的衰减率、更高的运行率以及更强的财务表现。

正如Kiwa PI Berlin的最新研究结果所展示的，严格的电池级别质量保证能够带来可量化的技术和财务效益。通过聚焦电池本身，项目业主可以更好地保护其项目免受隐性缺陷的影响并确保长期性能。那些实施融合技术可靠性、可追溯性和政策合规性的综合质量保证框架的买家，能够使其采购策略脱颖而出，降低风险敞口并增强投资者的信心。在这个快速变化的时代，行业引领者将是那些愿意投入时间理解光伏电池采购细微差别的人。