電池片隱裂、識(shí)別方法及預(yù)防

2017-12-11 15:58:27 來(lái)源：智匯光伏　點(diǎn)擊量：評(píng)論 (0)

　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(zhǎng)，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

　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(zhǎng)，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(lái)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(guó)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(lèi)：樹(shù)狀裂紋、綜合型裂紋、斜裂紋、平行于主柵線(xiàn)、垂直于柵線(xiàn)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(duì)組件性能的影響

　　不同的隱裂，對(duì)電池片功能造成的影響是不一樣的。先來(lái)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(xiàn)及垂直于主柵線(xiàn)的細(xì)柵線(xiàn)” 搜集和導(dǎo)出。當(dāng)隱裂導(dǎo)致細(xì)柵線(xiàn)斷裂時(shí)，細(xì)柵線(xiàn)無(wú)法將收集的電流輸送到主柵線(xiàn)，將會(huì)導(dǎo)致電池片部分甚至全部失效。

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

　　45°傾斜裂紋（第3類(lèi)）的效率損失是平行于主柵線(xiàn)損失的1/4。

　　垂直于主柵線(xiàn)的裂紋（第5類(lèi)）幾乎不影響細(xì)柵線(xiàn)，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(xiàn)，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(wú)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?xún)?nèi)時(shí)，對(duì)組件的功率影響不大，組件中2/3的斜條紋對(duì)組件的功率穩(wěn)定沒(méi)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(cè)“隱裂”的手段

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

　　電池片的核心部分是半導(dǎo)體PN結(jié)，在沒(méi)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(duì)保持穩(wěn)定。

　　如果施加電壓，半導(dǎo)體中的內(nèi)部電場(chǎng)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(zhǎng)1100nm左右，屬于紅外波段，肉眼觀測(cè)不到。因此，在進(jìn)行EL測(cè)試時(shí)，需利用CCD相機(jī)輔助捕捉這些光子，然后通過(guò)計(jì)算機(jī)處理后以圖像的形式顯示出來(lái)。

　　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(cè)得的EL圖像也就越亮；如果有的區(qū)域EL圖像比較暗，說(shuō)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(méi)有發(fā)生電子和空穴的復(fù)合（圖3和圖4中紅線(xiàn)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(xiàn)處），無(wú)法檢測(cè)到信號(hào)。

圖5 正常組件EL圖像

圖6 有隱裂的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(guò)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(guò)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(jiǎn)單有效的檢測(cè)隱裂的方法。

　　5形成組件隱裂的因素

　　1、生產(chǎn)過(guò)程中的隱裂因素

　　設(shè)備因素：在組件生產(chǎn)過(guò)程中串焊機(jī)、層壓機(jī)、裝裝框機(jī)對(duì)組件都直接施加作用力，參數(shù)設(shè)置不當(dāng)或設(shè)備出現(xiàn)故障都會(huì)造成電池片的隱裂。

　　原料因素：原料的好壞直接影響著組件的質(zhì)量，原材料缺陷也是導(dǎo)致組件產(chǎn)生隱裂的主要原因，

　　工藝參數(shù)因素：在組件生產(chǎn)中使用不正確的工藝參數(shù)，同樣會(huì)誘發(fā)電池片的隱裂；如焊接溫度過(guò)高，就很容易使組件產(chǎn)生隱裂，層壓參數(shù)設(shè)置不合理，抽真空壓力過(guò)大、過(guò)快也會(huì)導(dǎo)致組件產(chǎn)生隱裂的產(chǎn)生。

　　2、存儲(chǔ)運(yùn)輸中的隱裂因素

　　組件箱體變形、長(zhǎng)期雨水浸透、組件來(lái)回搬運(yùn)等造成箱體歪斜，箱體內(nèi)單塊組件具有活動(dòng)空間，搬運(yùn)過(guò)程組件晃動(dòng)造成對(duì)角式隱裂。

　　托盤(pán)強(qiáng)度不夠，在組件搬運(yùn)過(guò)程中托盤(pán)變形，使得組件表面產(chǎn)生受力，導(dǎo)致電池片產(chǎn)生網(wǎng)狀隱裂

　　組件運(yùn)輸過(guò)程中，叉車(chē)司機(jī)暴力裝卸、運(yùn)輸車(chē)輛大幅顛簸、二次倒運(yùn)也會(huì)造成組件隱裂。

　　3、施工、運(yùn)維中的隱裂因素

　　工人安裝、清洗過(guò)程中操作不規(guī)范造成組件隱裂也時(shí)發(fā)生，如下圖施工人員踩在組件上安裝，運(yùn)維人員站在組件上清理組件等不規(guī)范的操作都會(huì)導(dǎo)致組件隱裂。

　　4光伏組件隱裂的預(yù)防

　　卸貨前應(yīng)先檢查組件外包箱的外觀是否完整，運(yùn)輸狀態(tài)是否完好，確保卸貨過(guò)程中的安全。

　　組件存儲(chǔ)時(shí)，應(yīng)確保場(chǎng)地平整，組件上下兩拖對(duì)齊。

　　組件搬運(yùn)時(shí)，應(yīng)避免使用頭部，肩部或背部頂組件，應(yīng)做到兩人抬一塊組件，必要時(shí)使用簡(jiǎn)易周轉(zhuǎn)車(chē)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。

　　組件擺放時(shí)，禁止組件放置或依靠在堅(jiān)硬的不平整的表面，應(yīng)做到開(kāi)箱后立即安裝，避免組件散放在項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)。

　　組件安裝時(shí)，應(yīng)避免踩踏組件，可站立于組件鋁框部分，或者用專(zhuān)門(mén)的站立支架，遵從從上至下，從左到右的安裝順序。

　　施工現(xiàn)場(chǎng)，應(yīng)做到嚴(yán)格按照施工規(guī)范要求執(zhí)行，確保夾具或螺絲固定在正確的安裝位置并擰緊。

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