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【劉博士原創】電池片隱裂及識別方法
來源: http://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MjM5MDMwMDI1MA==&mid=404141167&idx=1&sn=373b8896c84bab40a3733937a98c07f6&scene=23&srcid=01010BKwkxpvqu72pcM9AeSD#rd   發布時間: 2016-02-20 09:04   2716 次瀏覽   大小:  16px  14px  12px

隱裂、熱斑、PID效應,是影響光伏組件性能的三個重要原因,近期為大家所關注。之前的文章中,對熱斑、PID效應效應進行了介紹,今天來說一下隱裂。

1什么是“隱裂”?

隱裂是電池片的缺陷。

由于晶體結構的自身特性,晶硅電池片十分容易發生破裂。晶體硅組件生產的工藝流程長,許多環節都可能造成電池片隱裂(據西安交大楊宏老師的資料,僅電池生產階段就有約200種原因)。隱裂產生的本質原因,可歸納為在硅片上產生了機械應力或熱應力。

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展,從而降低了電池片防止機械破壞的能力。

2011年,德國ISFH公布了他們的研究結果:根據電池片隱裂的形狀,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:晶硅電池片結構

根據晶硅電池的結構,如上圖,電池片產生的電流要依靠“表面的主柵線及垂直于主柵線的細柵線” 搜集和導出。當隱裂導致細柵線斷裂時,細柵線無法將收集的電流輸送到主柵線,將會導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)。根據研究結果,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電膜,所以這也是薄膜組件無隱裂的一個原因。

有研究結果顯示,組件中某單個電池片的失效面積在8%以內時,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定沒有影響。因此,當組件中的電池片出現隱裂后,可能會產生效率損失,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體PN結,在沒有其它激勵(例如光照、電壓、溫度)的條件下,其內部處于一個動態平衡狀態,電子和空穴的數量相對保持穩定。

如果施加電壓,半導體中的內部電場將被削弱,N區的電子將會被推向P區,與P區的空穴復合(也可理解為P區的空穴被推向N區,與N區的電子復合),復合之后以光的形式輔射出去,即電致發光。

當被施加正向偏壓之后,晶體硅電池就會發光,波長1100nm左右,屬于紅外波段,肉眼觀測不到。因此,在進行EL測試時,需利用CCD相機輔助捕捉這些光子,然后通過計算機處理后以圖像的形式顯示出來。

給晶硅組件施加電壓后,所激發出的電子和空穴復合的數量越多,其發射出的光子也就越多,所測得的EL圖像也就越亮;如果有的區域EL圖像比較暗,說明該處產生的電子和空穴數量較少(例如圖3中電池中部),代表該處存在缺陷(復合中心);如果有的區域完全是暗的,代表該處沒有發生電子和空穴的復合(圖3和圖4中紅線所標處),也或者是所發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。

圖3 黑心片 圖4 隱裂片


圖中中間扭曲是因為組件尺寸太大,圖像采用了拼接方式,屬于正?,F象。

圖5 正常組件EL圖像

4小結

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、運輸、安裝和維護過程中,考慮到晶硅組件的易裂特征,還需在各工序段和搬運、施工過程中改進和細化作業流程,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。

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