電池片隱裂、識別方法及預防

2017-12-11 15:58:27 來源：智匯光伏　點擊量：評論 (0)

　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(fā)生破裂。晶體硅組件生產的工藝流程長，許多環(huán)節(jié)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

　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(fā)生破裂。晶體硅組件生產的工藝流程長，許多環(huán)節(jié)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(fā)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(wěn)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(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(tài)平衡狀態(tài)，電子和空穴的數量相對保持穩(wěn)定。

　　如果施加電壓，半導體中的內部電場將被削弱，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)的電子復合），復合之后以光的形式輔射出去，即電致發(fā)光。

　　當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(fā)出的電子和空穴復合的數量越多，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(qū)域完全是暗的，代表該處沒有發(fā)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(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。