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影響光伏電池組件性能的‘罪魁禍首’：教你如何識別隱裂問題

發布時間：2016-02-11 責任編輯：susan

【導讀】隱裂、熱斑、PID效應，是影響光伏組件性能的三個重要因素，近期得到大家的廣泛關注。本篇文章主要是來說一下隱裂。

一.什麼是“隱裂”？

　　

隱裂是電池片的缺陷。

　　

由於晶體結構的自身特性，晶矽電池片十分容易發生破裂。晶體矽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，可歸納為在矽片上產生了機械應力或熱應力。

　　

近幾年，晶矽組件廠家為了降低成本，晶矽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、平行於主柵線、垂直於柵線和貫穿整個電池片的裂紋。

圖1：晶矽電池隱裂形狀

　　

二.“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：晶矽電池片結構

　　

根據晶矽電池的結構，如上圖，電池片產生的電流要依靠“表麵的主柵線及垂直於主柵線的細柵線”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。

　　

基於上述原因，對電池片功能影響最大的，是平行於主柵線的隱裂（第4類）。根據研究結果，50%的失效片來自於平行於主柵線的隱裂。

　　

45°傾斜裂紋（第3類）的效率損失是平行於主柵線損失的1/4。

垂直於主柵線的裂紋（第5類）幾乎不影響細柵線，因此造成電池片失效的麵積幾乎為零。

　　

相比於晶矽電池表麵的柵線，薄膜電池表麵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麵積在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後，可能會產生效率損失，但不必談隱裂“色變”。

　　

三.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，其內部處於一個動態平衡狀態，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區的空穴複合（也可理解為P區的空穴被推向N區，與N區的電子複合），複合之後以光的形式輔射出去，即電致發光。

　　

當被施加正向偏壓之後，晶體矽電池就會發光，波長1100nm左右，屬於紅外波段，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，然後通過計算機處理後以圖像的形式顯示出來。

　　

給晶矽組件施加電壓後，所激發出的電子和空穴複合的數量越多，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（複合中心）；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複合（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，圖像采用了拚接方式，屬於正常現象。

圖5：正常組件EL圖像

　　

四.小結

　　

1.隱裂有多種，並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，考慮到晶矽組件的易裂特征，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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