太陽(yáng)能電池片隱裂缺陷及檢測(cè)識(shí)別方法
來(lái)源:m.dyhbzj.cn2016年09月08日
隱裂直接影響光伏組件性能,也是電池片生產(chǎn)中需要重點(diǎn)檢測(cè)分選的缺陷之一,隨著光電技術(shù)和機(jī)器視覺(jué)圖像檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展,EL成為檢測(cè)太陽(yáng)能隱裂等缺陷的主要手段,今天小編重點(diǎn)就來(lái)和大家分選一下電池片隱裂產(chǎn)生原因和現(xiàn)在主流的檢測(cè)識(shí)別方法。
1、什么是“隱裂”?
隱裂是電池片常見(jiàn)的缺陷隱患。
由于晶體結(jié)構(gòu)的自身特性,晶硅電池片十分容易發(fā)生破裂。晶體硅組件生產(chǎn)的工藝流程長(zhǎng),許多環(huán)節(jié)都可能造成電池片隱裂。隱裂產(chǎn)生的本質(zhì)原因,可歸納為在硅片上產(chǎn)生了機(jī)械應(yīng)力或熱應(yīng)力。
近幾年,晶硅組件廠(chǎng)家為了降低成本,晶硅電池片一直向越來(lái)越薄的方向發(fā)展,從而降低了電池片防止機(jī)械破壞的能力。
2011年,德國(guó)ISFH公布了他們的研究結(jié)果:根據(jù)電池片隱裂的形狀,可分為5類(lèi):樹(shù)狀裂紋、綜合型裂紋、斜裂紋、平行于主柵線(xiàn)、垂直于柵線(xiàn)和貫穿整個(gè)電池片的裂紋。
圖1:晶硅電池隱裂形狀
2、“隱裂”對(duì)組件性能的影響
不同的隱裂形狀、位置,對(duì)電池片功能造成的影響是不一樣的,我們先來(lái)看一張電池片的放大圖片了解一下。
圖2:晶硅電池片結(jié)構(gòu)
根據(jù)晶硅電池的結(jié)構(gòu),如上圖,電池片產(chǎn)生的電流要依靠“表面的主柵線(xiàn)及垂直于主柵線(xiàn)的細(xì)柵線(xiàn)” 搜集和導(dǎo)出。當(dāng)隱裂導(dǎo)致細(xì)柵線(xiàn)斷裂時(shí),細(xì)柵線(xiàn)無(wú)法將收集的電流輸送到主柵線(xiàn),將會(huì)導(dǎo)致電池片部分甚至全部失效。
基于上述原因,對(duì)電池片功能影響最大的,是平行于主柵線(xiàn)的隱裂(第4類(lèi))。根據(jù)研究結(jié)果,50%的失效片來(lái)自于平行于主柵線(xiàn)的隱裂。
45°傾斜裂紋(第3類(lèi))的效率損失是平行于主柵線(xiàn)損失的1/4。
垂直于主柵線(xiàn)的裂紋(第5類(lèi))幾乎不影響細(xì)柵線(xiàn),因此造成電池片失效的面積幾乎為零。
相比于晶硅電池表面的柵線(xiàn),薄膜電池表面整體覆蓋了一層透明導(dǎo)電膜,所以這也是薄膜組件無(wú)隱裂的一個(gè)原因。
有研究結(jié)果顯示,組件中某單個(gè)電池片的失效面積在8%以?xún)?nèi)時(shí),對(duì)組件的功率影響不大,組件中2/3的斜條紋對(duì)組件的功率穩(wěn)定沒(méi)有影響。因此,當(dāng)組件中的電池片出現(xiàn)隱裂后,可能會(huì)產(chǎn)生效率損失,但不必談隱裂“色變”。
3、檢測(cè)“隱裂”缺陷的主要方法
EL(Electroluminescence,電致發(fā)光)是簡(jiǎn)單有效的檢測(cè)隱裂的方法。其檢測(cè)原理如下。
電池片的核心部分是半導(dǎo)體PN結(jié),在沒(méi)有其它激勵(lì)(例如光照、電壓、溫度)的條件下,其內(nèi)部處于一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài),電子和空穴的數(shù)量相對(duì)保持穩(wěn)定。
如果施加電壓,半導(dǎo)體中的內(nèi)部電場(chǎng)將被削弱,N區(qū)的電子將會(huì)被推向P區(qū),與P區(qū)的空穴復(fù)合(也可理解為P區(qū)的空穴被推向N區(qū),與N區(qū)的電子復(fù)合),復(fù)合之后以光的形式輔射出去,即電致發(fā)光。
當(dāng)被施加正向偏壓之后,晶體硅電池就會(huì)發(fā)光,波長(zhǎng)1100nm左右,屬于紅外波段,肉眼觀測(cè)不到。因此,在進(jìn)行EL測(cè)試時(shí),需利用CCD相機(jī)輔助捕捉這些光子,然后通過(guò)計(jì)算機(jī)處理后以圖像的形式顯示出來(lái)。
給晶硅組件施加電壓后,所激發(fā)出的電子和空穴復(fù)合的數(shù)量越多,其發(fā)射出的光子也就越多,所測(cè)得的EL圖像也就越亮;如果有的區(qū)域EL圖像比較暗,說(shuō)明該處產(chǎn)生的電子和空穴數(shù)量較少(例如圖3中電池中部),代表該處存在缺陷(復(fù)合中心);如果有的區(qū)域完全是暗的,代表該處沒(méi)有發(fā)生電子和空穴的復(fù)合(圖3和圖4中紅線(xiàn)所標(biāo)處),也或者是所發(fā)光被其它障礙所遮擋(圖3和圖4主柵線(xiàn)處),無(wú)法檢測(cè)到信號(hào)。
圖3 黑心片 圖4 隱裂片
圖中中間扭曲是因?yàn)榻M件尺寸太大,圖像采用了拼接方式,屬于正?,F(xiàn)象。
圖5 正常組件EL圖像
4、總結(jié)
1)隱裂有多種,并不是所有的隱裂都會(huì)影響電池片的性能;
2)在組件生產(chǎn)、運(yùn)輸、安裝和維護(hù)過(guò)程中,考慮到晶硅組件的易裂特征,還需在各工序段和搬運(yùn)、施工過(guò)程中改進(jìn)和細(xì)化作業(yè)流程,減小組件隱裂的可能性,同時(shí)在在原材料環(huán)節(jié)加強(qiáng)硅片隱裂檢測(cè),避免有隱裂缺陷的原材料流入下道工序。
3)EL是目前最簡(jiǎn)單有效的檢測(cè)隱裂的方法。