不良電池片對組件衰減的影響
摘要:
對不同類型不良電池片的組件(點漏電、面漏電、邊漏電、斷柵、效率混檔)及正常電
池片的參考組件進行長期暴曬測試,驗證不良類型對組件衰減的影響。
光伏組件的穩(wěn)定性及使用過程中的功率衰減問題值得關(guān)注。一定比例的組件在制備者使用過程中,由于各種因素導(dǎo)致不良,如電池片混檔、電池片隱裂、電池片漏電流過大等;這些不良在組件制備初期引起的功率損失并不明顯,隨著使用時間加長,組件功率衰減愈加明顯,且衰減比例大于正常電池片制備的組件[1]。本文重點研究不良電池片對組件功率衰減的影響。
1.1電池片準(zhǔn)備
電池片制備及選擇:采用常規(guī)量產(chǎn)的多晶硅片,尺寸為156mm×156mm,硅片電阻率為0.5~1.0Ω.cm。采用多晶濕法酸制絨,具體工藝流程如圖1所示。測試工序設(shè)定特殊程序,將參數(shù)異常電池片單獨進行分選。電池片分選完成后利用哲為SA-150EL測試儀進行反向EL加壓測試,挑選不良電池片,本文選取不良電池片特點分別為:點漏電、面漏電、邊漏電、斷柵、效率混檔。
1.2電池片測試
根據(jù)常見電池片類型,試驗中準(zhǔn)備點漏電、面漏電、邊漏電、斷柵、效率混檔5種不良電池片。不良電池片EL圖如圖2所示,其中圖2a~2c為反向加電壓EL圖,圖中發(fā)亮點或區(qū)域即為漏電點或面,圖2d為正向EL圖,根據(jù)EL電致發(fā)光原理,斷柵區(qū)域呈暗線。
點漏電一般為制備過程中點狀沾污或點狀p-n結(jié)磨損導(dǎo)致;面漏電為連續(xù)的沾污或p-n結(jié)磨損造成;邊漏電常為硅片邊緣p-n結(jié)刻蝕不良導(dǎo)致;斷柵即副柵斷續(xù),常為印刷參數(shù)不合理、網(wǎng)版異常或漿料異常等導(dǎo)致;效率混檔多為人為操作失誤導(dǎo)致。
在光生載流子收集的過程中,其在電池片內(nèi)部通過漏電路徑被消耗,降低了電池片的短路電流Isc及轉(zhuǎn)換效率。電池片副柵的作用是將電池片表面產(chǎn)生的光生載流子,收集并匯聚于主柵,當(dāng)副柵發(fā)生斷柵時將不能有效收集載流子進而降低電池片的短路電流Isc,并由于副柵的不連續(xù)而增加了串聯(lián)電阻,導(dǎo)致電池片轉(zhuǎn)換效率降低。
1.3組件樣品制備
選取點漏電(1#)、邊漏電(2#)、面漏電(3#)、斷柵(4#)、混檔(5#)的電池片進行組件制備。電池片規(guī)格均為156mm×156mm;組件采用手工焊接,焊接溫度為350℃,焊臺溫度為50℃,每根主柵的焊接時間為2~4s;組件規(guī)格為10片×6串電池片,匯流條、玻璃、EVA、背板等均為行業(yè)在用量產(chǎn)物料。使用PASON測試儀進行組件功率及EL測試。組件制備工藝流程如圖3所示。
對以上成品組件進行初始功率及EL測試后,進行短接,置于暴曬場進行衰減測試,根據(jù)暴曬時間進行周期電性能及EL測試,并進行外觀檢查。
3.1組件測試
制備的6塊組件樣品中,5#混檔電池片的效率檔位極差為0.3%,由于混檔電池片之間短路電流存在一定差異,EL測試下會顯示明暗不同,但由于組件內(nèi)部電池片呈串聯(lián)狀態(tài),所以組件工作時以低電流的電池片的短路電流為組件電流;6#組件為正常電池片制備的暴曬參考組件,與上述組件置于相同暴曬環(huán)境并同期進行測試。
6塊樣品組件功率如表1所示,樣品組件初始功率均在260W以上,各項參數(shù)未有明顯異常。圖4為4#、5#組件的初始測試EL圖,可以看出,發(fā)生斷柵的電池片柵線正向EL顯示為黑線;混檔的組件樣品中,效率高的電池片正向EL顯示較亮。
3.2衰減結(jié)果
6塊樣品置于暴曬場,至少每個月進行一次清洗測試;測試均使用相同測試儀、相同校準(zhǔn)板。近8個月的組件衰減結(jié)果如圖5所示(測試周期為ΔP)。從圖5可得出以下衰減趨勢及特征:
1)1#~3#漏電組件中,2#邊漏電組件功率衰減最大,其次是3#面漏電組件及1#點漏電組件;
2)所用樣品中,衰減最大的是混檔組件,約為3.0%;斷柵組件衰減較小;
3)缺陷電池片組件衰減均大于正常電池片組件。
3.3結(jié)果討論
3.3.1漏電組件衰減
1#~3#漏電組件中,2#邊漏電組件功率衰減最大,其次是3#面漏電組件及1#點漏電組件。邊漏電組件EL(如圖2a所示)顯示電池片邊緣呈連續(xù)性漏電,此類電池片在組件工作時會在邊緣處引起連續(xù)性反向漏電,相當(dāng)于將一部分電能通過漏電路徑消耗;同時由于反向漏電路徑電阻較大,會在漏電區(qū)域引起發(fā)熱,持續(xù)發(fā)熱導(dǎo)致熱量累積致使組件出現(xiàn)熱斑現(xiàn)象,同時組件功率衰減較大[1]。
此外,點漏電組件功率衰減比例最低。點漏電電池片反向EL顯示(如圖2b所示),個別點有漏電,由于這些漏電點造成的電池片分流路徑較分散,漏電流相對較小,在組件長期的使用中并未對組件功率造成較明顯影響。
3.3.2混檔組件衰減最大
所用樣品中,混檔組件衰減最大。混檔組件及電池片之間存在失諧,電池片短路電流、轉(zhuǎn)換效率等均差異較大。而失諧電池片進行串聯(lián)后組件的總輸出電流為電流最小的一片電池片的電流,總電壓為各片電池片的電壓之和。所以在失諧的情況下,組件的初始功率損失較大。進行暴曬過程中組件進行短接,組件內(nèi)部形成回路,高電流電池片由于部分載流子無法在組件中進行大循環(huán),進而在電池片內(nèi)部通過部分漏電路徑等進行內(nèi)部循環(huán),以發(fā)熱等形式進行功率消耗,進而引起組件功率損失過大[2,3]。
本文分析同期暴曬的不同類型漏電組件、斷柵組件及混檔組件,結(jié)果顯示,混檔組件衰減最大,暴曬8個月衰減約為3.0%,已超出行業(yè)質(zhì)保標(biāo)準(zhǔn)(6個月內(nèi)組件功率衰減小于2.5%)。所以在常規(guī)組件生產(chǎn)中,應(yīng)嚴格避免電池片混檔,對漏電異常電池片及時分類處理,避免流入正常組件制備環(huán)節(jié)。
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