如何識(shí)別光伏電池組件的隱裂問題
隱裂、熱斑、PID效應(yīng),是影響光伏組件性能的三個(gè)重要原因,近期為大家所關(guān)注。之前的文章中,對熱斑、PID效應(yīng)效應(yīng)進(jìn)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(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(gè)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(shí),細(xì)柵線無法將收集的電流輸送到主柵線,將會(huì)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(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%以內(nèi)時(shí),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(huì)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(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(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(shí),需利用CCD相機(jī)輔助捕捉這些光子,然后通過計(jì)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(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(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。
責(zé)任編輯:蔣桂云