太陽能電池片隱裂及識別方法

:1、什么是“隱裂”？

隱裂是電池片的缺陷。

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，許多環(huán)節(jié)都可能造成電池片隱裂（據(jù)西安交大楊宏老師的資料，僅電池生產(chǎn)階段就有約200種原因）。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，晶硅組件廠家為了降低成本，晶硅電池片一直向越來越薄的方向發(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：樹狀裂紋、綜合型裂紋、斜裂紋、平行于主柵線、垂直于柵線和貫穿整個電池片的裂紋。

圖1：晶硅電池隱裂形狀​

2、“隱裂”對組件性能的影響

不同的隱裂，對電池片功能造成的影響是不一樣的。先來看一張電池片的放大圖。

​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“表面的主柵線及垂直于主柵線的細(xì)柵線”搜集和導(dǎo)出。當(dāng)隱裂導(dǎo)致細(xì)柵線斷裂時，細(xì)柵線無法將收集的電流輸送到主柵線，將會導(dǎo)致電池片部分甚至全部失效。

基于上述原因，對電池片功能影響最大的，是平行于主柵線的隱裂（第4類）。根據(jù)研究結(jié)果，50%的失效片來自于平行于主柵線的隱裂。

45°傾斜裂紋（第3類）的效率損失是平行于主柵線損失的1/4。

垂直于主柵線的裂紋（第5類）幾乎不影響細(xì)柵線，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，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隱裂的一個原因。

有研究結(jié)果顯示，組件中某單個電池片的失效面積在8%以內(nèi)時，對組件的功率影響不大，組件中2/3的斜條紋對組件的功率穩(wěn)定沒有影響。因此，當(dāng)組件中的電池片出現(xiàn)隱裂后，可能會產(chǎn)生效率損失，但不必談隱裂“色變”。

3、檢測“隱裂”的手段

EL（Electroluminescence，電致發(fā)光）是簡單有效的檢測隱裂的方法。其檢測原理如下。

電池片的核心部分是半導(dǎo)體PN結(jié)，在沒有其它激勵（例如光照、電壓、溫度）的條件下，其內(nèi)部處于一個動態(tài)平衡狀態(tài)，電子和空穴的數(shù)量相對保持穩(wěn)定。

如果施加電壓，半導(dǎo)體中的內(nèi)部電場將被削弱，N區(qū)的電子將會被推向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，晶體硅電池就會發(fā)光，波長1100nm左右，屬于紅外波段，肉眼觀測不到。因此，在進(jìn)行EL測試時，需利用CCD相機(jī)輔助捕捉這些光子，然后通過計算機(jī)處理后以圖像的形式顯示出來。

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，所測得的EL圖像也就越亮；如果有的區(qū)域EL圖像比較暗，說明該處產(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，代表該處沒有發(fā)生電子和空穴的復(fù)合（圖3和圖4中紅線所標(biāo)處），也或者是所發(fā)光被其它障礙所遮擋（圖3和圖4主柵線處），無法檢測到信號。

​（左圖3黑心片 右 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，屬于正常現(xiàn)象。

圖5 正常組件EL圖像

4、小結(jié)

1）隱裂有多種，并不是所有的隱裂都會影響電池片的性能；

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)、施工過程中改進(jìn)和細(xì)化作業(yè)流程，減小組件隱裂的可能性。

3）EL是簡單有效的檢測隱裂的方法。

原標(biāo)題:電池片隱裂及識別方法